Метод in vitro для оценки взаимодействий лазера с титаном с использованием лазеров Er, Cr:YSGG и диодных лазеров

Summary

Этот протокол описывает стандартизированный метод in vitro для оценки тепловых и поверхностных эффектов титана при Er, Cr:YSGG и лазерном облучении диодом с использованием рекомендованных производителем параметров резки мягких тканей. Термометрия прямого контакта и мультимодальный поверхностный анализ обеспечивают воспроизводимый рабочий процесс для характеристики лазерных титановых взаимодействий, зависящих от длины волны.

Abstract

В данном исследовании представлен стандартизированный протокол in vitro для оценки теплового отклика и изменений поверхности титана при облучении Er, Cr:YSGG и диодным лазерным облучением при рекомендованных производителем условиях мягких тканей. Специальные титановые цилиндры 4-го класса с внутренним каналом позволяли измерять прямую температуру с помощью встроенной термопары, контролируя оценку тепловых изменений, вызванных лазером. Для обеспечения геометрической согласованности и минимизации вариабельности, зависящей от оператора, использовалась 3D-печатная система стабилизации для стандартизации угла облучения, траектории стрелки и движения кончика. Модификации поверхности после воздействия лазера были количественно и качественно охарактеризованы с помощью дополнительных методов, включая профилометрию для анализа шероховатости, сканирующую электронную микроскопию для микроморфологической оценки и атомно-силовую микроскопию для наномасштабной топографической оценки. Диодно-лазерное облучение приводило к повышению температуры, зависящей от мощности и времени, при этом самые высокие комбинации параметров превышали допустимый клинически допустимый порог безопасности в 10 °C. В отличие от этого, все испытанные условия Er,Cr:YSGG оставались ниже этого предела, что указывает на выраженное тепловое поведение, зависящее от длины волны. Обе лазерные системы вызывали значительное увеличение шероховатости поверхности по сравнению с необработанной контрольной поверхностью, а визуализационный анализ выявил различия в микро- и наномасштабной морфологии, зависящие от длины волны. В совокупности этот протокол предоставляет экспериментальную основу для систематического изучения взаимодействий лазера и титана и может способствовать более безопасному и основанному на доказательствах выборе параметров для лазерно-ассистированных процедур с мягкими тканями, проводимых рядом с компонентами имплантатов.

Introduction

Лазерные процедуры с помощью мягких тканей широко применяются во втором этапе имплантации и при управлении слизистой периимплантатурой, где облучение часто происходит в непосредственной близости от титановых^{компонентов 1,2}. В таких клинических ситуациях крайне важно понимать термическое поведение титана и возможные изменения поверхности, поскольку чрезмерное повышение температуры или нарушение поверхности может поставить под угрозу целостность кости периимпланта и их^{долгосрочную стабильность 3,4}. Существующая литератур....

Protocol

Подготовка образцов титана
Титановые цилиндры 4-го класса (5 мм × 10 мм, пескоструйная поверхность с крупной кислотой  травления (SLA) очищались 70% этанолом в течение 30 секунд. Образцы помещали на чистую поверхность и сушили на воздухе в течение 10 минут. Плоская облучительная поверхность каждого цилиндра была проверена для подтверждения отсутствия видимого мусора. Каждый цилиндр располагался в 3D-напечатанном стабилизаторе, плоская поверхность была ориентирована вверх, а боковой термопарный слот был доступен. Все отходы этанола и любые загрязненные расходники, образовавшиеся во время подготовки ....

Results

Анализ температуры
Во всех группах Er,Cr:YSGG изменение температуры оставалось ниже порога безопасности в 10 °C, при этом значения варьировались от –2,65 °C до +2,20 °C. Мощность оказывала значительное влияние на изменение температуры (p < 0,001), тогда как длительность облучения не проявила значительного влияния (p = 0,898). Самая низкая температура была зафиксирована в E2 (2,75 W–40 с: –2,65 °C). В отличие от этого, диодное лазерное облучение приводило к значительн.......

Discussion

Это исследование показало, что взаимодействия лазерного титана сильно зависят от длины волны, выходной мощности и совокупных эффектов мощности и длительности воздействия. Er,Cr:YSGG облучение стабильно приводило к повышению температуры ниже клинически признанного порога в 10 °C, связанного с термическими повреждениями^{костей 3,4}, тогда как лазерное облучение диодным лазером демонстрировало прогрессивную тепловую нагрузку, превышаю.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Держатель стабилизации, напечатанный на 3D-принтере	Изготовление на заказ	Индивидуальное изготовление / Не применимо	Стабилизирующий блок 3D-печати, предназначенный для фиксации угла облучения и траектории нагрузки.
Атомно-силовой микроскоп (EzAFM-Compact)	Nanomagnetics Instruments, Оксфорд, Великобритания	URL: https://www.nanomagnetics-inst.com/product/scanning-probe-microscopy/ezafm	Используется для наномасштабной топографии поверхности и характеристики шероховатости.
Цифровой мультиметр (Keithley 2000, 6½ Цифра)	Keithley Instruments	URL: https://www.tek.com/en/products/keithley/digital-multimeter/keithley-2000-series-6-digit-multimeter-scanning	Используется с термопарой типа K для измерения температуры.
Эпический диодный лазер (940 нм)	Biolase, Ирвайн, Калифорния, США	URL: https://www.biolase.com/products/dental-lasers-soft-tissue/epic-x/	Непрерывноволновой диодной лазерной системы (940 нм); регулируется 0,5 и ndash; выход 10 Вт; используется для облучения мягких тканей.
Er, Cr:YSGG лазерная система (Waterlase iPlus, 2780 нм)	Biolase, Ирвайн, Калифорния, США	URL: https://www.biolase.com/products/dental-lasers-all-tissue/waterlase-iplus-intl/	Er, лазер Cr:YSGG (2780 нм), используемый с MZ-5 Ziptip, 9 мм; работала в режиме гингивэктомии с непрерывным Air– Водяной баллончик.
Этанол, 70% (v/v)	Улусой Козметик	URL: https://www.ulusoykozmetik.com/urun/tr/105_ulusoy-etil-alkol-70%25C2%25B0	Очистка поверхности образцов
Программное обеспечение управления и анализа EzAFM	Nanomagnetics Instruments, Оксфорд, Великобритания	URL: https://www.nanomagnetics-inst.com/product/scanning-probe-microscopy/ezafm	Используется для управления AFM, сбора данных и обработки изображений.
IBM SPSS Статистика 25	IBM Corp., Армонк, Нью-Йорк, США	Версия 25	Используется для статистического анализа, включая тестирование нормальности, непараметрические сравнения и двусторонний ANOVA.
Термопара типа K	Не указано	Не применимо	Термопарный зонд типа K, используемый для измерения температуры.
Программное обеспечение для управления микроскопом (Quanta FEG 250)	Thermo Fisher Scientific (ранее FEI), Хиллсборо, Орегон, США	URL: https://www.thermofisher.com	Используется для получения SEM-изображений и управления приборами.
MZ-5 Ziptip (9 мм)	Biolase	URL: https://store.biolase.com/products/7200712-pkg-mz5-9mm-ziptips-20-pack-wl-md	Наконечник используется с напитоком Er,Cr:YSGG.
Сжатый воздух без масла	Не указано	Не применимо	Используется для удаления мусора с титановых поверхностей.
Парафиновый воск	MumveMum (продаётся через Trendyol)	URL: https://www.trendyol.com/mumvemum/hazir-parafin-1-kg-p-31671380	Используется для покрытия термопарного провода для уменьшения тепловых помех.
Профилометр (Surftest SJ-201)	Митутойо, Токио, Япония	URL: https://www.bergeng.com/m m5/downloads/mti/sj201.pdf?srsltid =AfmBOoq2vJN7b4UPc2Yg-aO1 zhsL64p6vFDHSWJ54M_x5gdI8 KkIJgaV	Используется для измерений Ra в двух и двух случаях; Область сканирования 2 мм.
Сканирующий электронный микроскоп (Quanta FEG 250)	Thermo Fisher Scientific (ранее FEI), Хиллсборо, Орегон, США	URL: https://www.thermofisher.com	SEM-визуализация при 250 и более раз; – 5000 и больше раз; увеличения.
Советы E4, 400 и микро; m, 4 мм	Biolase	URL: https://store.biolase.com/products/7400016-tips-e4-400-µm-4mm-surgical-30-qty	Волокно, используемое для диодного лазерного облучения.
Титановые цилиндры (класс 4, поверхность SLA, 5 раз; 10 мм)	Наксис, Германия	Изготовление на заказ	Цилиндры на заказ с внутренним каналом диаметром 5 мм для термопары.