Article de méthode

In vitro Évaluation des effets des lasers Er,Cr :YSGG et à diode utilisés sur cylindre en titane

DOI :

10.3791/67955

⸱

6 juin 2025

 ,  , 
1Faculty of Dentistry, Department of Periodontology, Akdeniz University

Dans cet article

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dans cette étude, les lasers Er,Cr :YSGG et à diode ont été appliqués séparément sur la surface plane d’un total de 96 cylindres en titane spécialement conçus. Un thermocouple placé sur l’autre surface et la température a été mesurée. Rugosité de surface analysée par profilomètre, MEB et AFM.

Résumé

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les maladies péri-implantaires sont des problèmes importants associés aux implants dentaires. Le but de cette étude était d’évaluer la rugosité de surface et les changements de température lorsque des lasers à diode et à l’erbium, au chrome Yttrium-Scandium-Gallium-Garnet (Er,Cr :YSGG) sont appliqués sur des cylindres en titane dans le traitement des maladies péri-implantaires non chirurgicales. Au total, 13 groupes, y compris le groupe témoin, ont été formés avec des lasers à diode 940 nm (0,8 W-1,3 W-1,8 W) et Er,Cr :YSGG (1,5 W-2,5 W-3,5 W) dans 6 modes de puissance différents, 20 s/W et 40 s/W, et huit cylindres en titane ont été traités dans chaque groupe. Au cours du processus, les températures initiale et finale ont été enregistrées à l’aide d’un thermocouple placé dans la fente apicale du cylindre. Après l’application, la rugosité (Ra) de tous les disques a été mesurée par un profilomètre. Les surfaces ont été balayées au microscope électronique à balayage (MEB) et au microscope à force atomique (AFM) pour un examen de surface bidimensionnel et tridimensionnel. Lorsque les changements de température des cylindres en titane pendant l’irradiation ont été évalués, les cylindres irradiés avec un laser à diode pendant 40 s étaient significativement plus élevés que ceux irradiés pendant 20 s. Dans les cylindres traités Er,Cr :YSGG, la température a diminué dans certains échantillons et a augmenté de manière minime dans certains échantillons. Les valeurs du profilomètre (Ra) n’étaient pas statistiquement significatives en termes de rugosité pour tous les groupes. Cependant, les images MEB ont montré une fusion et une augmentation du nombre de micropores sur les surfaces traitées. Compte tenu des limites de cette étude in vitro , l’application de l’Er,Cr :YSGG et de la diode peut être considérée comme une approche sûre pour la prise en charge de la péri-implantite, notamment en termes de sécurité thermique. Bien que la rugosité de la surface reste inchangée, l’utilisation de ces lasers a entraîné des changements de fusion et des micropores sur la topographie du cylindre de Ti. Pour déterminer comment ces paramètres laser affectent la diminution bactérienne et l’ostéointégration, des recherches supplémentaires sont nécessaires.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les implants dentaires sont une option de traitement couramment acceptée pour le remplacement des dents perdues 1,2. La mucite péri-implantaire et la péri-implantite sont classées comme des maladies péri-implantaires. La mucite péri-implantaire est limitée aux tissus mous et il n’y a aucun signe de perte osseuse, à l’exception d’un remodelage osseux physiologique. La péri-implantite est une affection pathologique associée à la plaque dentaire et qui affecte les tissus entourant les implants dentaires. Il se distingue par l’inflammation de la muqueuse péri-implantaire et la perte croissante de l’os de soutien3 qui en résulte. Le principal facteur étiologique de l’initiation et de la progression de la maladie est la perturbation du biofilm de la plaque péri-implantaire4. De nombreuses études sur les maladies péri-implantaires indiquent que la prévalence de la mucite péri-implantaire (MIP) varie de 9,7 % à 64,6 %, tandis que la prévalence de la mucite péri-implantaire (P) varie entre 4,7 % et 45 %5.

Alors que l’accumulation de plaque est le principal facteur étiologique à l’origine de la péri-implantite, son traitement est compliqué par les diverses caractéristiques topographiques des implants. La base du traitement non chirurgical de la péri-implantite est la gestion de l’infection par le débridement de la surface de l’implant et l’élimination du biofilm adhérent pour réduire la charge bactérienne en dessous du seuil pathogène 6,7. La micro et macro-topographie complexe des interfaces en titane et de l’anatomie des défauts osseux limite la décontamination des surfaces. L’efficacité de différentes techniques de décontamination mécanique (curettes, appareils à ultrasons, abrasion à l’air poudre, brosses en titane), chimique (acide citrique, chlorhexidine, antimicrobiens) et physique (laser, thérapie photodynamique) a été évaluée en combinaison8. Les recherches actuelles suggèrent que l’utilisation combinée de techniques d’intervention non chirurgicales pour la péri-implantite est plus efficace que le débridement seul9. L’incorporation d’agents chimiques antimicrobiens ou d’antibiotiques locaux/systémiques dans la thérapie mécanique a démontré une efficacité significative ; Néanmoins, ces interventions pourraient avoir des conséquences néfastes10. Au fur et à mesure que la technologie laser a progressé, les lasers dentaires sont devenus de plus en plus populaires en raison de leurs effets anti-infectieux, détoxifiants et conviviaux sur les surfaces des implants10,11.

Le pic d’absorption, le mode de fonctionnement de l’appareil et les propriétés tissulaires affectent l’augmentation de la chaleur lors de l’irradiation laser. Une étude préclinique cruciale a révélé qu’une élévation de la température à 50 °C pendant 1 minute provoquait des lésions vasculaires, tandis qu’une élévation à 60 °C entraînait l’arrêt du flux sanguin et une nécrose osseuseultérieure12. Une étude in vitro a révélé qu’après seulement 10 secondes d’irradiation au laser à diode, les surfaces de l’implant pouvaient atteindre des températures supérieures au seuil de sécurité osseuse (10 °C). La viabilité osseuse pourrait être compromise par une augmentation de la température de seulement 10 °C13.

De nombreuses études récentes se sont concentrées sur l’examen de l’impact bénéfique des lasers dans ce domaine 14,15,16,17,18. Différentes longueurs d’onde laser démontrent un impact antibactérien significatif et une sécurité sur les surfaces de l’implant lorsque des paramètres appropriés sont appliqués. Un certain nombre de variables, notamment l’intensité, la fréquence et la longueur d’onde, influencent l’efficacité des traitements au laser. Plusieurs études ont démontré l’effet bactéricide de différentes longueurs d’onde laser, notamment CO2, Er :YAG, Er, Cr :YSGG et divers lasers à diode, ce qui nous permet d’identifier les effets bénéfiques de différents lasers dans le traitement de la péri-implantite. Aoki et al 19,20,21. ont conclu de leur examen que l’application du laser facilite le nettoyage des surfaces dans les traitements péri-implantaires non chirurgicaux et chirurgicaux, y compris la thérapie régénérative, et favorise la guérison en activant les cellules tissulaires environnantes22.

Les lasers à diode ont la capacité d’exercer un effet bactéricide sur les surfaces de l’implant sans affecter le motif de la surface de l’implant. Lorsqu’il s’agit de traiter la péri-implantite, le laser à diode peut être la voie à suivre car il favorise la cicatrisation des tissus parodontaux 23,24,25.

Les lasers à l’erbium, au chrome : yttrium, scandium, gallium, grenat (Er,Cr :YSGG) présentent des propriétés efficaces pour l’élimination du biofilm et la décontamination des surfaces des implants11. De forts effets bactéricides et des propriétés de régénération osseuse ont été démontrés par les lasers à l’erbium sans causer de dommages mécaniques grâce à leurs propriétés hydrauliques11,14.

Il y a un manque de données concernant les altérations causées par l’irradiation laser sur les implants en titane. De plus, une méthodologie définitive pour l’irradiation des surfaces en titane doit encore être définie, englobant des paramètres laser tels que la puissance et le temps d’application. Des études antérieures ont montré que l’application du laser Er,Cr :YSGG16 n’avait aucun effet sur le changement de température, cependant, les études au laser à diode ont dépassé13 et n’ont pas dépassé16,26 la valeur critique. Différents résultats de l’effet du traitement laser sur la valeur Ra de la surface du titane sont disponibles dans la littérature18,27. L’hypothèse nulle de l’étude est qu’il n’y aura pas de différence entre les lasers Er,Cr :YSGG et les lasers à diode en termes de changement de température et de rugosité des surfaces en titane par utilisation. Cette étude visait à déterminer des paramètres de fonctionnement sûrs en surveillant la rugosité de surface et les variations de température sur le titane à l’aide de lasers Er, Cr :YSGG et à diode à divers réglages de temps et de puissance. L’évaluation des changements de température a été effectuée à l’aide d’un thermocouple, la rugosité de surface a été évaluée à l’aide d’un profilomètre et les altérations de surface ont été analysées à l’aide de techniques MEB et AFM.

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Protocole

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

REMARQUE : Les cylindres en titane, fabriqués à partir du même matériau que les implants conventionnels et conçus pour reproduire la surface de l’implant avec la technologie SLA, présentent une hauteur de 10 mm et un diamètre de 5 mm. Une cavité de 7 mm de profondeur et 3 mm de largeur est située au centre des cylindres (Fig. 2). La largeur de 3 mm se réduit à 1 mm au point le plus profond. Il n’est pas possible de mesurer la rugosité de surface d’implants standard à l’aide d’un profilomètre. Il a été possible d’évaluer l’efficacité du laser appliqué sur une surface plane de 5 mm de diamètre au sommet du cylindre en titane conçu par le fabricant, en utilisant le même matériau qui simule la surface de l’implant. De plus, afin de mesurer les changements de température à partir du centre du cylindre, une rainure de 7 mm de profondeur et 3 mm de large a été créée à partir du centre de la surface inférieure du cylindre en titane vers les profondeurs du cylindre, où la pointe du thermocouple sera placée. Cette rainure permet d’évaluer le changement de température de la surface traitée à partir de l’intérieur du cylindre, plutôt que de dépendre de la surface extérieure. Des images tridimensionnelles ont été obtenues en analysant les surfaces planes de cylindres en titane spécialement produits à l’aide d’un microscope à force atomique (AFM). Une diode de 940 nm (0,8 W28, 1,3 W29, 1,8 W30) et des lasers Er,Cr :YSGG de 2,780 nm (1,5 W31, 2,5 W31, 3,5 W32) ont été utilisés à trois puissances différentes selon les recommandations de l’entreprise, et 12 groupes ont été formés avec un temps d’application de 20 s et 40 s chacun. Après l’application, un groupe témoin a été ajouté pour l’évaluation de la rugosité. Un support avec un support de doigt a été imprimé à partir d’une imprimante tridimensionnelle pour maintenir la stabilité du cylindre de Ti pendant l’application (Table des matériaux).

1. Taille de l’échantillon

  1. Calculez la taille de l’échantillon à l’aide de l’analyse de puissance du programme G*Power. Le nombre minimal d’échantillons pour chaque groupe a été déterminé comme suit : n = 8 échantillons pour le changement de température avec une taille d’effet d : 0,6906, un écart-type de 16,8, une puissance : 0,80 et une α : 0,05.
    REMARQUE : Dans cette étude, un laser Er,Cr :YSGG équipé d’un laser à diode de 940 nm avec une pointe de 300 μm de diamètre (pointe e3) et d’une pointe RFPT5-14 élastique de tir à 360° (580 μm de diamètre et 14 mm de long) a été utilisé comme système laser (Figure 1).

figure-protocol-1
Figure 1 : Instruments et équipements utilisés. (A) Laser à diode, (B) Laser Er,Cr :YSGG, (C) Pointe E3, (D) Pointe RPTF5-14. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.

2. Détermination des groupes de travail

  1. Prenez le watt recommandé des lasers pour une application dans la poche dans la mucite péri-implantaire comme condition idéale d’utilisation. De plus, incluez une valeur inférieure et une valeur supérieure dans les groupes d’étude par rapport au watt recommandé. Les valeurs utilisées ici sont de 1,5 W et 3,5 W pour Er,Cr :YSGG, et de 0,8 W et 1,8 W pour le laser à diode.
  2. Déterminer le temps d’application à 20 s et 40 s pour évaluer l’effet du temps de fonctionnement sur le changement de température. Les groupes d’étude sont présentés dans le tableau 1.
Nom du groupeLaser TypeNombre d’échantillons (n)Watt (W)Temps(s)
E1Er,Cr :YSGG81,5 W20
E282,5 W20
E383,5 W20
E481,5 W40
E582,5 W40
E683,5 W40
J1Diode80,8 W20
J281,3 W20
J381,8 W20
D480,8 W40
J581,3 W40
J681,8 W40
CContrôle8

Tableau 1 : Informations sur les commissions d’étude.

3. Préparation du dispositif expérimental

  1. Avec le programme Rhinoceros (graphisme 3D et design), concevez un support cylindrique en 3D avec une cavité légèrement d’un diamètre de 10 mm et d’une épaisseur de 5 mm.
    1. Ouvrez l’application. Dessinez un cercle de 10 mm de diamètre. Réduisez le cercle de 50 % par rapport à un axe pour créer une ellipse. Appuyez sur Extuder et soulevez l’ellipse dans la troisième dimension.
    2. Dessinez à nouveau un cercle pour soutenir les doigts. Soulevez le deuxième cercle dans la troisième dimension avec la clé de l’extrudeuse. Faites en sorte que la hauteur soit inférieure au premier cercle.
    3. Percez un trou de 10 mm dans le dessin elliptique à l’aide de la commande booléenne. Pour le support du thermocouple, faites une ligne en forme de L avec la commande Sweep 1 et créez la 3ème dimension.
    4. Dessinez un carré, agrandissez-le dans la 3ème dimension avec la commande extrudeur et créez la base. Après avoir imprimé le motif, appliquez du silicone autour du trou où le cylindre de Ti viendra le sécher et séchez-le. Cela maintiendra le cylindre en place pendant l’application du laser.
  2. Amenez une pièce fermée avec climatisation à une température de 27 °C. Fixez le support sur lequel les cylindres seront fixés au milieu d’une baignoire en plastique avec du ruban adhésif double face.
    REMARQUE : Insérez le cylindre Ti, pressez l’air sur la surface.
  3. Placez le thermocouple du thermomètre dans la partie creuse du cylindre Ti placé dans sa fente sur le support.
  4. Préparez un chronomètre pour suivre le temps d’application. Enregistrez les degrés par le 3ème observateur et suivez l’heure avec le chronomètre.

4. Procédure expérimentale

  1. Lors de l’application laser, portez des lunettes de protection pour la sécurité du praticien. Insérez la pointe RPTF5-14 pour laser Er,Cr :YSGG. Insérez l’embout E3 pour le laser à diode.
  2. Allumez le laser Er,Cr :YSGG. Sélectionnez le mode fermé Perio. Appliquez des lasers de 1,5 W, 2,5 W et 3,5 W pendant 20 s et 40 s chacun. Il y a 96 cylindres Ti avec application laser. Irradiez un cylindre de Ti avec un seul type de laser, un watt et une seule fois.
  3. Allumez le laser à diode. Sélectionnez le mode Perio Pocket. Appliquez un laser de 0,8 W, 1,3 W et 1,8 W pendant 20 s et 40 s chacun.
  4. Demandez au 3ème observateur de démarrer le chronomètre lorsque le laser démarre. Prévenez-le lorsque le temps est écoulé.
  5. Appliquez la pointe laser à un angle de 15° par rapport à la surface, en contact, en zigzaguant sur toute la surface pendant le temps prévu.
  6. Notez les valeurs de température initiales et finales lors de l’application. Soustrayez la valeur de température de début de la valeur de température de fin. Calculez le changement de température.
    REMARQUE : Notez les valeurs de changement de température pour un total de 12 groupes, 6 groupes Er, Cr :YSGG et 6 groupes laser à diode.
  7. Conservez les échantillons dans des sacs transparents sur lesquels sont inscrits les numéros de groupe.

5. Imagerie bidimensionnelle et tridimensionnelle des matériaux

  1. Effectuer des analyses au microscope électronique à balayage (MEB) et au microscope à force atomique (AFM) pour évaluer et démontrer les changements dans la morphologie de la surface du cylindre de Ti.
    REMARQUE : L’instrument FEI Quanta FEG 250 a été utilisé.
  2. Ne pas enduire les échantillons avant de les placer dans le MEB. Il y a 13 groupes, dont 1 groupe de contrôle, 6 groupes de laser à diode et 6 groupes de laser Er,Cr : YSGG. Pour le groupe témoin, n’effectuez aucun traitement, prenez uniquement des images de surface par AFM et MEB.
  3. Choisissez au hasard un cylindre dans chacun des 13 groupes d’étude. Insérez-les dans le dispositif MEB. Notez l’emplacement sur la plateforme et le code de l’échantillon pour éviter de mélanger les échantillons.
  4. Placez le cylindre de Ti dans le dispositif MEB avec la surface plane vers le haut. Effectuez des analyses en utilisant le mode Low Vacuum. Réglez la pression de la chambre à 60 Pa pendant l’analyse.
  5. Une fois que l’appareil est entièrement prêt, enregistrez des images à un grossissement de 250x, 1000x et 5000x à partir d’un point aléatoire sur la surface plane. Répétez cette procédure pour tous les échantillons.
    REMARQUE : Lorsque le périphérique SEM a fini d’aspirer, il est prêt pour la collecte d’images.
  6. Pour la mesure AFM, sélectionnez au hasard une bouteille de Ti dans chaque groupe d’étude. Effectuez la mesure en mode taraudage.
    1. Placez la bouteille de Ti dans l’instrument AFM. Placez le capot supérieur de manière à ce que la pointe de l’instrument soit sur l’échantillon. Vérifiez que la lumière rouge de la fenêtre de l’instrument se trouve sur la surface à imager.
    2. Réglez la tension sur 2. Rapprochez la pointe de l’échantillon à l’aide du bouton d’atterrissage automatique. Démarrez l’analyse en appuyant sur le bouton Démarrer l’analyse.
  7. Prenez une image numérique de 5 μm x 5 μm pour chaque échantillon et enregistrez à une fréquence de balayage lente (1 Hz). Enregistrez des images prises avec l’instrument AFM à partir des surfaces planes des cylindres de Ti. L’instrument AFM visualise une zone de 25 μm2 .

6. Mesure de la rugosité de surface

REMARQUE : L’appareil Surftest SJ 201, Mitutoyo, Tokyo, Japon, a été utilisé ici.

  1. Réglez la résolution du profilomètre sur 0,01 mm, la longueur transversale sur 3,0 mm et le diamètre de la pointe de la goupille d’enregistrement en diamant sur 5 μm. Réglez la vitesse de mesure sur 0,5 mm/s pour déterminer la valeur Ra.
  2. Fixez le cylindre de Ti à l’aide d’un support, utilisez le presel et fixez le cylindre de Ti en le tenant par la surface latérale. Placez l’aiguille du profilomètre en contact avec la surface Ti.
  3. Appuyez sur le bouton Démarrer. Enregistrez la valeur Ra trouvée. Répétez la mesure 5 fois dans différentes directions sur la surface plane de chaque cylindre (Figure 2). Pour obtenir les différentes directions, déplacez le cylindre Ti sur lui-même à l’aide d’une prévente. Répétez l’opération sur toute la longueur du cylindre de Ti.

figure-protocol-2
Figure 2 : Organigramme des groupes d’étude. (1A) Vue latérale du cylindre Ti, (1B) vue de dessus, (1C) vue de dessous Veuillez cliquer ici pour voir une version plus grande de cette figure.

7. Analyse statistique

  1. Effectuez des analyses statistiques à l’aide du progiciel statistique SPSS-Windows et appliquez les tests de Kruskal-Wallis et de Mann-Whitney. Définissez le niveau de confiance statistique à 95 % (α = 0,05).

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Résultats

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Lors de l’évaluation basée sur les temps d’application de 20 secondes et 40 secondes, une différence statistiquement significative a été observée. On a observé que la variation de température sur les surfaces cylindriques de Ti appliquées au laser de 40 s était supérieure à celle des surfaces des cylindres de Ti appliquées au laser de 20 s (p = 0,037 ; Figure 3).

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Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Une discussion importante est en cours sur la méthode optimale de décontamination des surfaces d’implants dans le traitement de la péri-implantite. Des publications antérieures ont proposé l’utilisation de médicaments locaux ou systémiques, l’application au laser, le nettoyage mécanique et/ou chimique et l’implantoplastie. Les résultats de notre étude ont révélé que toutes les températures mesurées passent en dessous du seuil de sécurité critique de 10 °C13. Cepen...

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Déclarations de divulgation

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les auteurs n’ont aucun conflit d’intérêts à divulguer.

Remerciements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Les cylindres en titane utilisés dans l’étude ont été produits par Naxis Implant.

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Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article
NomEntrepriseNuméro de catalogueCommentaires
Microscopie à force atomiqueezAFMModèle AFM compact
DiodeBiolaseEpic 10, 940 nm Longueur d’onde
Astuce E3Diamètre de la fibre : 300 & micro ; m, Longueur de la fibre : 9 mm
Er,Cr :YSGG LaserIplusLongueur d’onde de 2780 nm
ProfilomètreMitutoyoModèle Surftest SJ-201
Pointe RFPT-14Diamètre extérieur de l’embout : 580 & micro ; m, Longueur de la pointe : 14 mm
Microscope électronique à balayageFEIModèle Quanta FEG 250
DeboutConception personnaliséeApplication rhinocéros, filament PLA Flamix, dispositif Bambulab X1C
ThermomètreKeithleyModèle de la série 2000, pointe K termokulp
Cylindre en titaneNaxis10 mm de hauteur, 5 mm de diamètre, surface SLA, titane

Références

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
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