In vitro Evaluatie van de effecten van Er, Cr: YSGG en diodelasers die worden gebruikt op titaniumcilinders
6 juni 2025
In deze studie werden Er,Cr:YSGG en diodelasers afzonderlijk toegepast op het platte oppervlak van in totaal 96 speciaal ontworpen titanium cilinders. Een thermokoppel werd op het andere oppervlak geplaatst en de temperatuur werd gemeten. Oppervlakteruwheid geanalyseerd door profilometer, SEM en AFM.
Deze studie evalueert het gebruik van twee verschillende soorten lasers op titaniumoppervlakken voor de behandeling van peri-implantitis, waarbij de impact op implantaten wordt onderzocht. Een van de uitdagingen van het experiment was om de intraorale omgeving te repliceren in oncontroleerbare in-vitromodellen. Studies naar het gebruik van lasers bij de behandeling van peri-implantitis moeten worden uitgevoerd in de vorm van uitgebreide klinische onderzoeken.
Start om te beginnen het Rhinoceros 3D-grafische en ontwerpprogramma. Teken een cirkel met een diameter van 10 millimeter en verkleint de cirkel vervolgens met 50% langs één as om een ellips te maken. Gebruik de extruderfunctie om de ellips in de derde dimensie omhoog te brengen.
Teken nog een cirkel voor vingerondersteuning. Gebruik de extruderfunctie om de tweede cirkel in de derde dimensie te verhogen en ervoor te zorgen dat deze korter is dan de eerste vorm. Boor nu een gat van 10 millimeter in de elliptische tekening met behulp van de Booleaanse opdracht.
Maak voor thermokoppelondersteuning een L-vormige lijn met behulp van het commando Sweep1 en extrudeer deze in de derde dimensie. Teken een vierkant en extrudeer het in de derde dimensie om de basis te creëren. Stel een afgesloten ruimte met airconditioning in op een temperatuur van 27 graden Celsius.
Bevestig de standaard in het midden van een plastic kuip met dubbelzijdig plakband. Plaats de titanium cilinder op de bevestigingsstandaard. Spuit lucht in de titanium cilinder voordat u met het experiment begint.
Steek het thermokoppel van de thermometer in het holle gedeelte van de titanium cilinder die zich in de gleuf op de standaard bevindt. Bereid een chronometer voor om de applicatietijd te controleren. Wijs een derde waarnemer toe om temperatuurveranderingen te registreren en de stopwatch te bedienen.
Draag voor de veiligheid een veiligheidsbril voordat u begint met laseraanbrengen. Plaats de tips voor de lasers. Schakel de Er, Cr:YSGG-laser in en selecteer de gesloten modus.
Pas 1.5, 2.5 en 3.5 watt laserenergie toe gedurende elk 20 seconden en 40 seconden. Schakel vervolgens de diodelaser in en selecteer de perio pocket-modus. Pas 0.8 watt, 1.3 watt en 1.8 watt laserenergie toe gedurende elk 20 seconden en 40 seconden.
Laat de derde waarnemer de timer starten wanneer de lasertoepassing begint. Breng de waarnemer op de hoogte wanneer de tijd om is. Breng nu de lasertip in een hoek van 15 graden aan op het oppervlak, waarbij u contact houdt en in een zigzagpatroon over het hele oppervlak beweegt gedurende de geplande duur.
Registreer de begin- en eindtemperatuurwaarden tijdens het aanbrengen van de laser. Trek de starttemperatuur af van de uiteindelijke waarde om de temperatuurverandering te berekenen. Bewaar monsters in doorzichtige zakken met een label met groepsnummers Voor twee- en driedimensionale beeldvorming mag u monsters niet coaten voordat u ze in de scanning-elektronenmicroscoop plaatst.
Selecteer willekeurig een cilinder uit elk van de 13 onderzoeksgroepen. Plaats ze in het SEM-apparaat en registreer hun locatie en voorbeeldcode om verwisselingen te voorkomen. Plaats de titanium cilinder in het SEM-apparaat met het platte oppervlak naar boven gericht.
Voer een analyse uit met behulp van de laagvacuümmodus. Stel de kamerdruk tijdens de analyse in op 60 pascalen. Selecteer voor het meten van atoomkrachtmicroscopie willekeurig één titaniumcilinder uit elke onderzoeksgroep.
Voer metingen uit in de klopmodus. Breng de cilinder over in het instrument. Leg een digitaal beeld van 5 x 5 micrometer vast voor elk monster en neem op met een langzame scansnelheid van één hertz.
Voor het meten van de oppervlakteruwheid bevestigt u eerst de titanium rol met een houder. Plaats de naald van de profilometer in contact met het titanium oppervlak. Stel de resolutie in op 0,01 millimeter, de dwarslengte op 3,0 millimeter en de diameter van de diamantopnamepen op vijf micrometer.
Pas de meetsnelheid aan op 0,5 millimeter per seconde om de gemiddelde ruwheid of RA-waarde te bepalen. Druk op start om de meting te starten. Zodra de meting is voltooid, slaat u de geregistreerde RA-waarde op.
Herhaal de metingen vijf keer in verschillende richtingen op het vlakke oppervlak van elke cilinder. De temperatuurverandering op de 42e laseraangebrachte cilinderoppervlakken was groter dan die op de 22e aangebrachte laser. De temperatuurverandering in titaniumcilinders met een diodelaser was aanzienlijk groter dan in die met de Er, Cr:YSGG-laser.
Binnen de diodelasergroepen resulteerde de 42e toepassing in aanzienlijk hogere temperatuurveranderingen in vergelijking met de 22e toepassing op alle vermogensniveaus. Het temperatuurbereik van de diodelasergroepen met 1,8 watt op de cilinderoppervlakken was duidelijk groter dan dat in de diodelasergroepen met 0,8 watt. SEM-beelden toonden een poreuze structuur in alle groepen die kenmerkend zijn voor gezandstraalde, met zuur geëtste implantaatoppervlakken.
Bij een vergroting van 5000x vertoonden met laser behandelde titaniumoppervlakken een zichtbare vergroting van de poriën ter grootte van een micron in vergelijking met de controlegroep. Bij vergrotingen van 250X en 1000X vertoonden oppervlakken die gedurende 40 seconden werden blootgesteld aan de Er-, Cr:YSGG- en diodelasers meer oppervlaktesmelt dan oppervlakken die gedurende 20 seconden werden behandeld. AFM-beelden toonden aan dat de indrukkingen van het oppervlak uniform werden verdeeld in de controlegroep in vergelijking met laserbehandelde monsters.
De ruwheidsparameter vertoonde geen significant verschil in lasertype, watt, tijd of in gecombineerde evaluaties.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie evalueert het gebruik van Er,Cr:YSGG- en diodelasers op titaniumoppervlakken voor de behandeling van peri-implantitis. De impact op implantaten werd onderzocht via temperatuurmetingen en analyse van de oppervlakteruwheid.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Biologie
- Dentale Implantologie
Achtergrond
- Peri-implantitis vormt een aanzienlijke uitdaging binnen de dentale implantologie.
- Lasers worden onderzocht als behandeloptie voor deze aandoening.
- Het in vitro repliceren van de intra-orale omgeving vormt een uitdaging voor het onderzoek.
- Klinische trials zijn noodzakelijk om laserbehandelingen te valideren.
Doel van de studie
- Om de effectiviteit van verschillende lasers op titaniumoppervlakken te evalueren.
- Om de impact van laserbehandeling op implantaten te beoordelen.
- Om temperatuurveranderingen tijdens de laserapplicatie te meten.
Gebruikte methoden
- Toepassing van Er,Cr:YSGG- en diodelasers op titaniumcilinders.
- Temperatuurmeting met behulp van een thermokoppel.
- Oppervlakteruwheidsanalyse via profilometer, SEM en AFM.
- In vitro modellering om intraorale condities te simuleren.
Belangrijkste resultaten
- Temperatuurveranderingen werden vastgelegd tijdens de laserapplicatie.
- De oppervlakteruwheid werd na de behandeling geanalyseerd.
- Verschillende lasers vertoonden variërende effecten op titaniumoppervlakken.
- De bevindingen suggereren een potentieel voor het gebruik van lasers bij de behandeling van peri-implantitis.
Conclusies
- Lasers kunnen effectief zijn bij de behandeling van peri-implantitis.
- Verdere klinische studies zijn nodig om de resultaten te bevestigen.
- In vitro-modellen kunnen nuttig zijn voor voorlopige evaluaties.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Lasergebaseerde oppervlaktemodificatie van titaniumimplantaten is een kritiek gebied voor het beperken van risico's bij het beheer van peri-implantaatziekten in de R&D van tandheelkundige hulpmiddelen. Kwantitatieve evaluatie van thermische en topografische veranderingen geeft inzicht in de voorspellende veiligheid en functionele prestaties, wat de translationele continuïteit ondersteunt van de laboratoriumbank tot de klinische validatie. Deze bevindingen stellen portefeuilleteams in staat om de mechanistische impact van interventies met hulpmiddelen op implantatoppervlakken te beoordelen, wat risico-gecorrigeerde beslissingen over verdere ontwikkeling faciliteert.
Strategische toepassingen in biopharma R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Kwantitatieve meting van temperatuur en oppervlakteruwheid maakt hypothese-testen voor veiligheidsdrempels van het apparaat mogelijk.
- Oppervlakte-imaging via SEM en AFM verduidelijkt de mechanistische effecten van laserparameters op de topografie van het implantaat.
- Profilometrische analyse ondersteunt de functionele doelvalidatie voor door het apparaat veroorzaakte oppervlakteveranderingen.
Screening & Assayontwikkeling
- Gestandaardiseerde in vitro workflows maken een reproduceerbare beoordeling van apparaatinstellingen over meerdere groepen mogelijk.
- Profilometer- en imaging-outputs leveren kwantitatieve, assay-klare gegevens voor downstream evaluatie.
- Thermische monitoring zorgt ervoor dat screeningcondities voldoen aan de translationele veiligheidseisen.
Translationeel & preklinisch onderzoek
- Oppervlaktekarakterisering komt overeen met de benchmarks voor de veiligheid en werkzaamheid van het device in de preklinische fase.
- Kwantitatieve resultaten ondersteunen de continuïteit van de optimalisatie van het device in de ontdekkingsfase tot aan de preklinische validatie.
- Thermische en topografische gegevens informeren beslissingen over de verdere ontwikkeling van het device op basis van risicoanalyse.
Integratie van Pipeline & Workflow
Deze methode plaatst de evaluatie van lasergebaseerde apparaten op het snijvlak van ontdekking en preklinische apparaatontwikkeling, wat iteratieve optimalisatie en translationele gereedheid ondersteunt.
- Discovery Biology: Maakt mechanische risicoreductie mogelijk door apparaat-geïnduceerde veranderingen in implantaatoppervlakken te kwantificeren.
- Screening: Biedt reproduceerbare, kwantitatieve resultaten voor de optimalisatie van apparaatparameters.
- Analytics: Integreert temperatuur- en ruwheidsmetingen voor vergelijkende analyse tussen verschillende apparaatinstellingen.
- Translationeel Onderzoek: Ondersteunt de afstemming van in vitro bevindingen met preklinische veiligheids- en prestatiecriteria.
- Enterprise Reuse: Vestigt een gestandaardiseerde workflow voor het evalueren van nieuwe apparaatmodaliteiten en instellingen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellend vertrouwen in de veiligheid en functionele prestaties van het device.
- Operationele waarde: Standardiseert meet- en beeldvormingsprotocollen voor reproduceerbaarheid en schaalbaarheid.
- Strategische waarde: Informeert go/no-go-beslissingen voor de verdere ontwikkeling van het device op basis van kwantitatieve risicobeoordeling.
- Impact op portfolio: Ondersteunt de risico-gecorrigeerde prioritering van device-kandidaten voor verdere ontwikkeling.
Overwegingen bij implementatie
- Vereist expertise in de bediening van laserapparatuur en oppervlaktekarakteriseringstechnieken.
- Benodigde instrumentatie omvat een profilometer, SEM, AFM en thermische monitoringsystemen.
- Standaardisatie tussen teams is essentieel voor reproduceerbare gegevens over verschillende apparaatgroepen.
- Aanpassing kan nodig zijn voor verschillende implantaatgeometrieën of materiaalsystemen.
- In vitro bevindingen vereisen verdere validatie in klinisch relevante modellen vóór implementatie.
