Metoda in vitro do oceny interakcji laserowo-tytanowych z użyciem laserów Er, Cr:YSGG oraz diodowych

Summary

Protokół ten opisuje ustandaryzowaną metodę in vitro do oceny wpływu termicznego i powierzchniowego na tytan podczas napromieniowania laserem Er, Cr:YSGG oraz diodowym laserem, przy użyciu zalecanych przez producenta ustawień cięcia tkanek miękkich. Bezpośrednia termometria kontaktowa i wielomodalna analiza powierzchni zapewniają powtarzalny sposób pracy do charakteryzowania zależnych od długości fali interakcji laserowo-tytanowych.

Abstract

Niniejsze badanie przedstawia ustandaryzowany protokół in vitro do oceny odpowiedzi termicznej i zmian powierzchni tytanu podczas napromieniowania laserem Er, Cr:YSGG oraz diodowym w zalecanych przez producenta warunkach tkanek miękkich. Specjalne cylindry tytanowe klasy 4 z wewnętrznym kanałem umożliwiały bezpośrednie pomiary temperatury za pomocą wbudowanej termopary, umożliwiając kontrolowaną ocenę zmian termicznych wywołanych laserem. Aby zapewnić geometryczną spójność i zminimalizować zmienność zależną od operatora, zastosowano system stabilizacji drukowany w 3D, który ustandaryzował kąt napromieniowania, trajektorię przemiatania i ruch końcówki. Modyfikacje powierzchni po ekspozycji laserowej były charakteryzowane ilościowo i jakościowo za pomocą technik uzupełniających, w tym profilometrii do analizy chropowatości, skaningowej mikroskopii elektronowej do oceny mikromorfologicznej oraz mikroskopii siły atomowej do nanoskalowej oceny topograficznej. Napromieniowanie diodowo-laserowe powodowało podwyższenia temperatury zależne od mocy i czasu, przy czym najwyższe kombinacje parametrów przekraczały klinicznie akceptowany próg bezpieczeństwa 10 °C. Dla porównania, wszystkie testowane warunki Er,Cr:YSGG pozostały poniżej tego limitu, co wskazuje na wyraźne, zależne od długości fali zachowanie termiczne. Oba systemy laserowe indukowały istotny wzrost chropowatości powierzchni w stosunku do nieobrobionej powierzchni kontrolnej, podczas gdy analizy obrazowe ujawniły różnice zależne od długości fali w morfologii mikro- i nanoskalowej. Łącznie protokół ten zapewnia ramy eksperymentalne do systematycznego badania interakcji laser-tytan i może wspierać bezpieczniejszy, oparty na dowodach dobór parametrów dla laserowo wspomaganych procedur tkanek miękkich wykonywanych w pobliżu komponentów implantu.

Introduction

Zabiegi wspomagane laserowo tkanek miękkich są szeroko stosowane podczas drugiego etapu implantacji oraz leczenia błony śluzowej wokół implantu, gdzie napromieniowanie często zachodzi w bliskim sąsiedztwie składników^{tytanowych 1,2}. W takich sytuacjach klinicznych zrozumienie zachowania termicznego tytanu oraz potencjału zmian powierzchni jest kluczowe, ponieważ nadmierne podniesienie temperatury lub zakłócenia powierzchni mogą zagrozić integralności kości okołoimplantowej i długoterminowej stabilności implantu ^3,4. Istniejąca literatura dostarcza cenny....

Protocol

Przygotowanie próbek tytanu
Cylindry tytanu klasy 4 (5 mm × 10 mm, piaskowana powierzchnia trawiona kwasem (SLA)) były czyszczone etanolem 70% przez 30 sekund. Okazy umieszczano na czystej powierzchni i suszono na powietrzu przez 10 minut. Sprawdzono płaską powierzchnię napromieniowania każdego cylindra, aby potwierdzić brak widocznych zanieczyszczeń. Każdy cylinder umieszczono w uchwytie stabilizującym wydrukowanym w 3D, z płaską powierzchnią skierowaną ku górze i dostępnym szczeliną termopary bocznej. Wszystkie odpady etanolowe oraz wszelkie skażone materiały zużywalne powstałe podczas przygotowywania i czyszczenia próbek zosta....

Results

Analiza temperatury
We wszystkich grupach Er,Cr:YSGG zmiana temperatury pozostawała poniżej progu bezpieczeństwa 10 °C, z wartościami wahającymi się w zakresie od –2,65 °C do +2,20 °C. Moc miała istotny wpływ na zmianę temperatury (p < 0,001), podczas gdy czas trwania napromieniowania nie wykazywał istotnego wpływu (p = 0,898). Najniższą temperaturę zaobserwowano w E2 (2,75 W–40 s: –2,65 °C). Dla porównania, napromieniowanie laserem diodowym powodowało znacznie wyższe podwyższenia temperatury (3,25–.......

Discussion

Badanie wykazało, że interakcje z tytanem laserowym są silnie zależne od długości fali, mocy wyjściowej oraz łącznych efektów mocy i czasu ekspozycji. Napromieniowanie Er,Cr:YSGG konsekwentnie powodowało podwyższenia temperatury poniżej klinicznie akceptowanego progu 10 °C związanego z termicznym uszkodzeniem kości ^3,4, podczas gdy napromieniowanie laserem diodowym wykazywało progresywne obciążenie termiczne, przekraczające ten limit przy 2,2 W zarówno przez 20, .......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Uchwyt stabilizujący drukowany w 3D	Na zamówienie	Wykonane na zamówienie / Nie ma zastosowania	Jednostka stabilizująca wydrukowana w 3D zaprojektowana do określenia kąta napromieniowania i ścieżki uchwytu.
Mikroskop sił atomowych (EzAFM-Compact)	Instrumenty Nanomagnetyczne, Oxford, Wielka Brytania	URL: https://www.nanomagnetics-inst.com/product/scanning-probe-microscopy/ezafm	Wykorzystywane do topografii powierzchni na skalę nanoskalową oraz charakteryzacji chropowatości.
Multimetr cyfrowy (Keithley 2000, 6½ Cyfra)	Keithley Instruments	URL: https://www.tek.com/en/products/keithley/digital-multimeter/keithley-2000-series-6-digit-multimeter-scanning	Stosowany z termoparą typu K do pomiaru temperatury.
Diodowy laser Epic (940 nm)	Biolase, Irvine, CA, USA	URL: https://www.biolase.com/products/dental-lasers-soft-tissue/epic-x/	Układ laserowy z diodą ciągłą (940 nm); regulowane 0,5– 10 W mocy; stosowany do napromieniowania tkanek miękkich.
Er,Cr:YSGG System Laserowy (Waterlase iPlus, 2780 nm)	Biolase, Irvine, CA, USA	URL: https://www.biolase.com/products/dental-lasers-all-tissue/waterlase-iplus-intl/	Er,Cr:YSGG laser (2780 nm) używany z MZ-5 Ziptip, 9 mm; działał w trybie gingivektomii z ciągłym air– Spray z wodą.
Etanol, 70% (v/v)	Ulusoy Kozmetik	URL: https://www.ulusoykozmetik.com/urun/tr/105_ulusoy-etil-alkol-70%25C2%25B0	Czyszczenie powierzchni próbek
Oprogramowanie do sterowania i analizy EzAFM	Instrumenty Nanomagnetyczne, Oxford, Wielka Brytania	URL: https://www.nanomagnetics-inst.com/product/scanning-probe-microscopy/ezafm	Wykorzystywany do sterowania AFM, akwizycji danych i przetwarzania obrazów.
IBM SPSS Statystyka 25	IBM Corp., Armonk, NY, USA	Wersja 25	Wykorzystywany do analiz statystycznych, w tym testów normalności, porównań nieparametrycznych oraz dwukierunkowej metody ANOVA.
Termopara typu K	Nieokreślona	Nie dotyczy	Sonda termopary typu K używana do pomiaru temperatury.
Oprogramowanie do sterowania mikroskopem (Quanta FEG 250)	Thermo Fisher Scientific (dawniej FEI), Hillsboro, OR, USA	URL: https://www.thermofisher.com	Używany do akwizycji obrazu SEM i sterowania przyrządami.
MZ-5 Ziptip (9 mm)	Biolaza	URL: https://store.biolase.com/products/7200712-pkg-mz5-9mm-ziptips-20-pack-wl-md	Końcówka używana z rękodziełem Er,Cr:YSGG.
Sprężone powietrze bez oleju	Nieokreślona	Nie dotyczy	Używany do usuwania zanieczyszczeń z powierzchni tytanu.
Wosk parafinowy	MumveMum (sprzedawane przez Trendyol)	URL: https://www.trendyol.com/mumvemum/hazir-parafin-1-kg-p-31671380	Używany do pokrywania przewodów termoparowych, aby zmniejszyć zakłócenia termiczne.
Profilometr (Surftest SJ-201)	Mitutoyo, Tokio, Japonia	URL: https://www.bergeng.com/m m5/downloads/mti/sj201.pdf?srsltid =AfmBOoq2vJN7b4UPc2Yg-aO1 zhsL64p6vFDHSWJ54M_x5gdI8 KkIJgaV	Używany do pomiarów Ra w 2 &; Obszar skanowania 2 mm.
Skaningowy mikroskop elektronowy (Quanta FEG 250)	Thermo Fisher Scientific (dawniej FEI), Hillsboro, OR, USA	URL: https://www.thermofisher.com	Obrazowanie SEM z 250 razy; – 5000 razy; powiększenia.
Wskazówki E4, 400 & mikro; m, 4 mm	Biolaza	URL: https://store.biolase.com/products/7400016-tips-e4-400-µm-4mm-surgical-30-qty	Światłowód używany do naświetlania laserem diodowym.
Cylindry tytanowe (Grade 4, powierzchnia SLA, 5&; 10 mm)	Naxis, Niemcy	Wykonany na zamówienie	Cylindry wykonane na zamówienie z wewnętrznym kanałem o średnicy 5 mm na termoparę.