Artigo de método

In vitro Avaliação dos efeitos dos lasers de Er, Cr: YSGG e diodo usados no cilindro de titânio

DOI:

10.3791/67955

⸱

6 de junho de 2025

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

Neste artigo

Resumo

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

Neste estudo, lasers de Er, Cr: YSGG e diodo aplicados separadamente na superfície plana de um total de 96 cilindros de titânio especialmente projetados. Um termopar colocado na outra superfície e a temperatura foi medida. Rugosidade superficial analisada por perfilômetro, MEV e AFM.

Resumo

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

As doenças peri-implantares são problemas significativos associados aos implantes dentários. O objetivo deste estudo foi avaliar a rugosidade superficial e as mudanças de temperatura quando lasers de diodo e ítrio-escândio-escândio-gálio-granada dopados com cromo (Er,Cr:YSGG) são aplicados em cilindros de titânio no tratamento de doenças peri-implantares não cirúrgicas. Um total de 13 grupos, incluindo o grupo controle, foram formados com lasers de diodo de 940 nm (0,8 W-1,3 W-1,8 W) e Er,Cr:YSGG (1,5 W-2,5 W-3,5 W) em 6 diferentes modos de potência, 20s/W e 40 s/W, e oito cilindros de titânio foram tratados em cada grupo. Durante o processo, as temperaturas inicial e final foram registradas com um termopar colocado na ranhura apical do cilindro. Após a aplicação, a rugosidade (Ra) de todos os discos foi medida por um perfilômetro. As superfícies foram escaneadas por microscópio eletrônico de varredura (MEV) e microscópio de força atômica (AFM) para exame de superfície bidimensional e tridimensional. Quando avaliadas as mudanças de temperatura dos cilindros de titânio durante a irradiação, os cilindros irradiados com laser de diodo por 40 s foram significativamente maiores do que aqueles irradiados por 20 s. Nos cilindros tratados com Er,Cr:YSGG, a temperatura diminuiu em algumas amostras e aumentou minimamente em algumas amostras. Os valores do perfilômetro (Ra) não foram estatisticamente significativos em termos de rugosidade para todos os grupos. No entanto, as imagens de MEV mostraram derretimento e aumento do número de microporos nas superfícies tratadas. Com as limitações deste estudo in vitro , a aplicação do Er,Cr:YSGG e do diodo pode ser considerada uma abordagem segura para o manejo da peri-implantite, particularmente em termos de segurança térmica. Embora a rugosidade da superfície permaneça inalterada, o uso desses lasers resultou em mudanças de fusão e microporos na topografia do cilindro de Ti. Para determinar como essas configurações de laser afetam a diminuição bacteriana e a osseointegração, são necessárias pesquisas adicionais.

Introdução

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

Os implantes dentários são uma opção de tratamento comumente aceita para a substituição de dentes perdidos 1,2. A mucosite peri-implantar e a peri-implantite são classificadas como doenças peri-implantares. A mucosite peri-implantar é restrita aos tecidos moles, e não há evidência de perda óssea, com exceção da remodelação óssea fisiológica. A peri-implantite é uma condição patológica que está associada à placa bacteriana e afeta os tecidos ao redor dos implantes dentários. Distingue-se pela inflamação da mucosa peri-implantar e a conseqüente perda crescente do osso de suporte3. O principal fator etiológico para o início e progressão do distúrbio é a ruptura do biofilme da placa peri-implantar4. Numerosos estudos sobre doenças peri-implantares indicam que a prevalência de mucosite peri-implantar (MPI) varia de 9,7% a 64,6%, enquanto a prevalência de peri-implantite (P) varia entre 4,7% e 45%5.

Embora o acúmulo de placa seja o principal fator etiológico que causa a peri-implantite, seu tratamento é complicado pelas diversas características topográficas dos implantes. A base do tratamento não cirúrgico da peri-implantite é o manejo da infecção por meio do desbridamento da superfície do implante e da eliminação do biofilme aderente para diminuir a carga bacteriana abaixo do limiar causador da doença 6,7. A complexa micro e macrotopografia das interfaces de titânio e a anatomia do defeito ósseo limitam a descontaminação da superfície. A eficácia de diferentes técnicas de descontaminação mecânica (curetas, dispositivos ultrassônicos, abrasão com pó de ar, escovas de titânio), química (ácido cítrico, clorexidina, antimicrobianos) e física (laser, terapia fotodinâmica) foi avaliada em combinação8. Pesquisas atuais sugerem que o uso combinado de técnicas de intervenção não cirúrgica para peri-implantite é mais eficaz do que o desbridamento sozinho9. A incorporação de agentes antimicrobianos químicos ou antibióticos locais/sistêmicos na terapia mecânica demonstrou eficácia significativa; no entanto, essas intervenções podem resultar em possíveis consequências adversas10. À medida que a tecnologia a laser avançou, os lasers odontológicos tornaram-se cada vez mais populares devido aos seus efeitos anti-infecciosos, desintoxicantes e fáceis de usar nas superfícies dos implantes10,11.

O pico de absorção, o modo operacional do dispositivo e as propriedades do tecido afetam o aumento de calor durante a irradiação do laser. Uma investigação pré-clínica crucial revelou que uma elevação da temperatura para 50 °C por 1 min causou danos vasculares, enquanto um aumento para 60 °C levou à cessação do fluxo sanguíneo e subsequente necrose óssea12. Uma investigação in vitro descobriu que, após apenas 10 s de irradiação com laser de diodo, as superfícies dos implantes podem atingir temperaturas superiores ao limite de segurança óssea (10 °C). A viabilidade óssea pode ser comprometida por um aumento de temperatura de apenas 10 °C13.

Numerosos estudos recentes se concentraram em examinar o impacto benéfico dos lasers neste domínio 14,15,16,17,18. Vários comprimentos de onda do laser demonstram um impacto antibacteriano significativo e segurança nas superfícies do implante quando os parâmetros apropriados são aplicados. Várias variáveis, incluindo intensidade, frequência e comprimento de onda, influenciam a eficácia dos tratamentos a laser. Vários estudos demonstraram o efeito bactericida de vários comprimentos de onda do laser, incluindo CO2, Er:YAG, Er,Cr:YSGG e vários lasers de diodo, o que nos permite identificar os efeitos benéficos de diferentes lasers no tratamento da peri-implantite. Aoki et al 19,20,21. concluíram de sua revisão que a aplicação de laser facilita a limpeza da superfície em tratamentos peri-implantares não cirúrgicos e cirúrgicos, incluindo terapia regenerativa, e promove a cicatrização ativando as células do tecido circundante22.

Os lasers de diodo têm a capacidade de exercer um efeito bactericida nas superfícies do implante sem afetar o padrão de superfície do implante. Quando se trata de tratar a peri-implantite, o laser de diodo pode ser o caminho a percorrer, pois promove a cicatrização dos tecidos periodontais 23,24,25.

Érbio, dopado com cromo: os lasers de ítrio, escândio, gálio, granada (Er,Cr:YSGG) apresentam propriedades eficazes para a eliminação do biofilme e a descontaminação das superfícies dos implantes11. Fortes efeitos bactericidas e propriedades de regeneração óssea foram demonstrados por lasers de érbio sem causar danos mecânicos graças às suas propriedades movidas a água11,14.

Há escassez de dados sobre as alterações causadas pela irradiação a laser em implantes de titânio. Além disso, uma metodologia definitiva para a irradiação de superfícies de titânio ainda não foi definida, englobando parâmetros do laser, como potência e tempo de aplicação. Estudos anteriores mostraram que a aplicação do laser16 de Er,Cr:YSGG não teve efeito sobre a mudança de temperatura, no entanto, os estudos de laser de diodo excederam13 e não ultrapassaram16,26 o valor crítico. Diferentes resultados do efeito do tratamento com laser no valor de Ra da superfície de titânio estão disponíveis na literatura18,27. A hipótese nula do estudo é que não haverá diferença entre os lasers Er, Cr: YSGG e os lasers de diodo em termos de mudança de temperatura e rugosidade das superfícies de titânio usando. Este estudo teve como objetivo determinar parâmetros operacionais seguros monitorando a rugosidade da superfície e as variações de temperatura em material de titânio usando lasers de Er, Cr:YSGG e diodo em várias configurações de tempo e potência. A avaliação da mudança de temperatura foi realizada com um termopar, a rugosidade da superfície foi avaliada usando um perfilômetro e as alterações da superfície foram analisadas através das técnicas de MEV e AFM.

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Protocolo

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NOTA: Os cilindros de titânio, fabricados com o mesmo material dos implantes convencionais e projetados para replicar a superfície do implante com a tecnologia SLA, apresentam uma altura de 10 mm e um diâmetro de 5 mm. Uma cavidade medindo 7 mm de profundidade e 3 mm de largura está localizada no centro dos cilindros (Fig. 2). A largura de 3 mm reduz para 1 mm no ponto mais profundo. Medir a rugosidade da superfície de implantes padrão com um perfilômetro não é viável. Foi possível avaliar a eficácia do laser aplicado em uma superfície plana de 5 mm de diâmetro na parte superior do cilindro de titânio projetado pelo fabricante, utilizando o mesmo material que simula a superfície do implante. Além disso, para medir as mudanças de temperatura a partir do centro do cilindro, foi criada uma ranhura de 7 mm de profundidade e 3 mm de largura a partir do centro da superfície inferior do cilindro de titânio em direção às profundidades do cilindro, onde a ponta do termopar será colocada. Essa ranhura permite a avaliação da mudança de temperatura da superfície tratada de dentro do cilindro, em vez de depender da superfície externa. Imagens tridimensionais foram obtidas analisando as superfícies planas de cilindros de titânio especialmente produzidos usando um microscópio de força atômica (AFM). Foram utilizados lasers de diodo de 940 nm (0,8 W28, 1,3 W29, 1,8 W30) e 2,780 nm Er,Cr:YSGG (1,5 W31, 2,5 W31, 3,5 W32) em três potências diferentes de acordo com as recomendações da empresa, e 12 grupos foram formados com tempo de aplicação de 20 s e 40 s cada. Após a aplicação, um grupo controle foi adicionado para avaliação da rugosidade. Um suporte com suporte para o dedo foi impresso a partir de uma impressora tridimensional para manter o cilindro de Ti estável durante a aplicação (Tabela de Materiais).

1. tamanho Da Amostra

  1. Calcule o tamanho da amostra usando a análise de poder do programa G*Power. O número mínimo de amostras para cada grupo foi determinado como n=8 amostras para mudança de temperatura com tamanho de efeito d: 0,6906, desvio padrão 16,8, potência: 0,80 e α: 0,05.
    NOTA: Neste estudo, um laser Er,Cr:YSGG equipado com um laser de diodo de 940 nm com uma ponta de 300 μm de diâmetro (ponta e3) e uma ponta elástica RFPT5-14 de disparo de 360° (580 μm de diâmetro e 14 mm de comprimento) foi usado como sistema de laser (Figura 1).

figure-protocol-1
Figura 1: Instrumentos e equipamentos utilizados. (A) Laser de diodo, (B) Laser Er,Cr:YSGG, (C) Ponta E3, (D) Ponta RPTF5-14. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

2. Determinação dos grupos de trabalho

  1. Tome o Watt recomendado de lasers para aplicação na bolsa na mucosite peri-implantar como condição ideal de uso. Além disso, inclua um valor mais baixo e um valor mais alto nos grupos de estudo em relação ao Watt recomendado. Os valores usados aqui são 1,5 W e 3,5 W para Er,Cr:YSGG e 0,8 W e 1,8 W para o laser de diodo.
  2. Determine o tempo de aplicação como 20 s e 40 s para avaliar o efeito do tempo de operação na mudança de temperatura. Os grupos de estudo são mostrados na Tabela 1.
Nome do grupoTipo de laserNúmero de amostras (n)Watt (W)Tempo(s)
E1Er, Cr: YSGG81,5 W20
E282,5 W20
E383,5 W20
E481,5 W40
E582,5 W40
E683,5 W40
D1Diodo80,8 W20
D281,3 W20
D381,8 W20
D480,8 W40
D581,3 W40
D681,8 W40
CControle8

Tabela 1: Informações dos grupos de estudo.

3. Preparação da configuração experimental

  1. Com o programa Rhinoceros (gráficos e design 3D), projete um suporte cilíndrico em 3D com uma cavidade ligeiramente com um diâmetro de 10 mm e uma espessura de 5 mm.
    1. Abra o aplicativo. Desenhe um círculo de 10 mm de diâmetro. Reduza o círculo em 50% de um eixo para criar uma elipse. Pressione Extuder e levante a elipse na terceira dimensão.
    2. Desenhe um círculo novamente para apoiar os dedos. Levante o segundo círculo na terceira dimensão com a chave da extrusora. Faça a altura menor que o primeiro círculo.
    3. Faça um furo de 10 mm no desenho elíptico com o comando booleano. Para suporte a termopares, faça uma linha em forma de L com o comando Sweep 1 e crie a 3ª dimensão.
    4. Desenhe um quadrado, amplie-o na 3ª dimensão com o comando extrusor e crie a base. Depois de imprimir o desenho, aplique silicone ao redor do orifício por onde virá o cilindro de Ti e seque-o. Isso manterá o cilindro no lugar enquanto o laser está sendo aplicado.
  2. Leve uma sala fechada com ar condicionado a uma temperatura de 27 °C. Fixe o suporte no qual os cilindros serão fixados no meio de uma banheira de plástico com fita dupla-face.
    NOTA: Insira o cilindro de Ti, esprema o ar na superfície.
  3. Coloque o termopar do termômetro na parte oca do cilindro de Ti colocado em sua ranhura no suporte.
  4. Prepare um cronômetro para acompanhar o tempo de aplicação. Registre os graus pelo 3º observador e acompanhe o tempo com o cronômetro.

4. Procedimento experimental

  1. Durante a aplicação do laser, use óculos de proteção para segurança do profissional. Insira a ponta RPTF5-14 para laser Er, Cr: YSGG. Insira a ponta E3 para laser de diodo.
  2. Ligue o laser Er,Cr:YSGG. Selecione Modo Fechado Perio. Aplique lasers de 1,5 W, 2,5 W e 3,5 W por 20 s e 40 s cada. Existem 96 cilindros de Ti com laser aplicado. Irradie um cilindro de Ti com apenas um tipo de laser, um watt e uma vez.
  3. Ligue o laser de diodo. Selecione o modo de bolso Perio. Aplique laser de 0,8 W, 1,3 W e 1,8 W por 20 s e 40 s cada.
  4. Faça com que o 3º observador inicie o cronômetro quando o laser for iniciado. Avise-o quando o tempo acabar.
  5. Aplique a ponta do laser em um ângulo de 15° em relação à superfície, em contato, ziguezagueando por toda a superfície pelo tempo planejado.
  6. Observe os valores de temperatura inicial e final durante a aplicação. Subtraia o valor da temperatura inicial do valor da temperatura final. Calcule a mudança de temperatura.
    NOTA: Observe os valores de mudança de temperatura para um total de 12 grupos, 6 grupos de laser de Er, Cr:YSGG e 6 de diodo.
  7. Manter as amostras em sacos transparentes com os números dos grupos escritos neles.

5. Imagem bidimensional e tridimensional de materiais

  1. Realize análises de microscópio eletrônico de varredura (SEM) e microscópio de força atômica (AFM) para avaliar e demonstrar mudanças na morfologia da superfície do cilindro de Ti.
    NOTA: O instrumento FEI Quanta FEG 250 foi usado.
  2. Não revestir as amostras antes de serem colocadas no MEV. Existem 13 grupos, incluindo 1 grupo de controle, 6 grupos de laser de diodo e 6 grupos de laser Er, Cr: YSGG. Para o grupo de controle, não execute nenhum tratamento, apenas tire imagens de superfície por AFM e SEM.
  3. Selecione aleatoriamente um cilindro de cada um dos 13 grupos de estudo. Insira-os no dispositivo SEM. Observe o local na plataforma e o código de exemplo para evitar a mistura de exemplos.
  4. Coloque o cilindro de Ti no dispositivo SEM com a superfície plana para cima. Realize análises usando o modo de baixo vácuo. Ajuste a pressão da câmara para 60 Pa durante a análise.
  5. Quando o dispositivo estiver totalmente pronto, grave imagens com ampliação de 250x, 1000x e 5000x de um ponto aleatório na superfície plana. Repita este procedimento para todas as amostras.
    NOTA: Quando o dispositivo SEM terminar de aspirar, ele estará pronto para a coleta de imagens.
  6. Para medição de AFM, selecione aleatoriamente um cilindro de Ti de cada grupo de estudo. Realize a medição no modo de rosqueamento.
    1. Coloque o cilindro de Ti no instrumento AFM. Coloque a tampa superior de forma que a ponta do instrumento fique sobre a amostra. Verifique se a luz vermelha da janela do instrumento está na superfície a ser fotografada.
    2. Defina a tensão para 2. Aproxime a ponta da amostra com o botão Aterrissar automaticamente. Inicie a digitalização pressionando o botão Iniciar digitalização .
  7. Tire uma imagem digital de 5 μm x 5 μm para cada amostra e registre a uma taxa de varredura lenta (1 Hz). Registre imagens tiradas com o instrumento AFM das superfícies planas dos cilindros de Ti. O instrumento do AFM visualiza a áreade 25 μm 2.

6. Medição da rugosidade da superfície

NOTA: O dispositivo Surftest SJ 201, Mitutoyo, Tóquio, Japão, foi usado aqui.

  1. Defina a resolução do perfilômetro para 0,01 mm, o comprimento transversal para 3,0 mm e o diâmetro da ponta do pino de registro diamantado para 5 μm. Defina a velocidade de medição para 0.5 mm/s para determinar o valor Ra.
  2. Fixe o cilindro de Ti com um suporte, use o presel e fixe o cilindro de Ti segurando-o pela superfície lateral. Coloque a agulha do perfilômetro em contato com a superfície de Ti.
  3. Pressione o botão Iniciar. Salve o valor Ra encontrado. Repita a medição 5x em direções diferentes na superfície plana de cada cilindro (Figura 2). Para obter as várias direções, mova o cilindro de Ti em torno de si mesmo com a ajuda de uma pré-venda. Repita para todo o comprimento do cilindro de Ti.

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Figura 2: Fluxograma dos grupos de estudo. (1A) Vista lateral do cilindro Ti, (1B) vista superior, (1C) vista inferior Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.

7. Análise estatística

  1. Realizar análise estatística utilizando o programa SPSS-Windows statistical package e aplicar os testes de Kruskal-Wallis e Mann-Whitney. Defina o nível de confiança estatística em 95% (α = 0,05).

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Resultados

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Na avaliação baseada nos tempos de aplicação de 20 segundos e 40 segundos, observou-se diferença estatisticamente significativa. Observou-se que a mudança de temperatura nas superfícies do cilindro de Ti aplicado a laser de 40 s foi maior do que na aplicação do laser de 20 s (p=0,037; Figura 3).

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Discussão

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

Uma discussão significativa está em andamento sobre o método ideal para descontaminar superfícies de implantes no tratamento da peri-implantite. Publicações anteriores propuseram a utilização de medicamentos locais ou sistêmicos, aplicação de laser, limpeza mecânica e/ou química e implantoplastia. Os resultados do nosso estudo revelaram que todas as temperaturas medidas aumentam abaixo do limite crítico de segurança de 10 °C13. No entanto, tendo em mente que este ...

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Divulgações

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

Os autores não têm conflitos de interesse a divulgar.

Agradecimentos

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

Os cilindros de titânio utilizados no estudo foram produzidos pela Naxis Implant.

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
Microscopia de Força Atômicafácil AFMModelo compacto do AFM
DiodoBiolaseEpic 10, comprimento de onda de 940 nm
Dica E3Diâmetro da Fibra: 300 µ m, Comprimento da fibra: 9 mm
Er, Cr: Laser de YSGGIplusComprimento de onda de 2780 nm
PerfilômetroMitutoyoModelo Surftest SJ-201
Dica RFPT-14Diâmetro da Ponta Externa: 580 µ m, Comprimento da ponta: 14 mm
Microscópio Eletrônico de VarreduraFEIModelo Quanta FEG 250
Estar em péDesign personalizadoAplicação de rinoceronte, filamento Flamix PLA, dispositivo Bambulab X1C
TermômetroKeithleyModelo da série 2000, termokulp de ponta K
Cilindro de titânioNaxis10 mm de altura, 5 mm de diâmetro, superfície SLA, titânio

Referências

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