DataPhysics Instruments'ın özel yazılımları ile DCAT serisinin tansiyometreleri, diş implantlarının yüzey işleme tekniklerini ve işlem sürelerini güvenilir ve tekrarlanabilir bir şekilde araştırmak için kullanılabilmektedir. Hayali temas açıları, hiperhidrofilik malzemeleri kolayca incelemeyi ve özellikle geleneksel yöntemlerin basitçe 0°'lik bir temas açısı (CA, contact angle) verdiği durumlarda bile sonuçları niceliksel olarak ayırt etmeyi mümkün kılmaktadır. Bu nedenle, hiperhidrofiliklik amaçlı yüzey işlemlerini geliştirmek ve iyileştirmek için ideal bir tekniktir.

Dental implantların "diş hekimi odasında" yüzey işlemi, implantın ıslanma davranışının optimizasyonuna izin vererek biyouyumluluğu önemli ölçüde artırdığından, giderek daha fazla ilgi çekmektedir. Çalışmalar, osteoblastların ilk bağlanmasının, yüzey enerjisinin arttırılmasıyla veya yüzeyin pozitif yüklenmesiyle iyileştirildiğini, bunun da implantasyondan sonra yeni kemik oluşumunun artmasına yol açtığını göstermiştir. Yüksek bir yüzey enerjisini garanti etmek için, çoğu dental implantın yüzeyi, 0° veya altında bir su temas açısı elde etmek amacıyla ultra-hidrofilik olacak şekilde işlenmektedir. Bu ultra-hidrofilik yüzeyleri incelemek için hayali temas açısı ölçümleri güçlü bir tekniğe dönüşmüştür[1,2]. DataPhysics Instruments'ın DCAT serisi tansiyometreleri, yazılımlarında güvenilir ve tekrarlanabilir bir hayali temas açısı belirleme özelliğine sahip şimdiye kadarki tek ölçüm sistemleridir. Aşağıda, bu yöntemin UV ve plazma ile işlenmiş dental implant numuneleri üzerindeki uygulaması sunulmaktadır.

Şekil 1. Dental implantın plazma işlemi.

DataPhysics Instruments'ın DCAT serisinin tansiyometresi, arayüz parametrelerinin ve olaylarının kuvvete dayalı olarak incelenmesi için evrensel bir ölçüm sistemidir. Bu tansiyometreler, DCATS 32 yazılım modülü ve uygun numune tutucularla implantlar, plaklar, filmler, tozlar, fiber demetleri ve hatta tekli fiberler gibi çeşitli katı cisimlerde dinamik temas açısı ölçümü için kullanılabilir. Bu, özellikle hidrofilik numuneleri incelemek için kullanışlıdır: Optik kontur analizi sınırlarına ulaşıldığında, DCAT ile dinamik temas açısı ölçümü, hassas tartı sistemi sayesinde güvenilir ve doğru sonuçlar vermeye devam eder.

Şekil 2. Dinamik temas açıları, katı numune yüzey gerilimi 𝜎 bilinen bir test sıvısına daldırıldığında veya test sıvısından çekildiğinde ölçülebilmektedir.

Dinamik temas açısı ölçümünde katı numune, bir tutucu kullanılarak cihazın terazisine tutturulur ve ardından bilinen bir yüzey gerilimi olan bir test sıvısına daldırılır ve tekrar dışarı çekilir (Şekil 2, sol). uzunluğundaki temas hattında numuneye temas eden sıvı lamelin ölçülen ağırlığı olmak üzere aranan temas açısı 0 aşağıdaki denkleme göre belirlenir:

Burada yerçekimi sabitidir. Numunenin kaldırma kuvveti etkisini ortadan kaldırmak için, ölçülen ağırlık, sırasıyla içeri daldırma ve dışarı çekme için ilerleyen temas açısı veya gerileyen temas açısı hesaplanmadan önce sıfır daldırma yüksekliğine () göre ekstrapolasyona tabi tutulur (Şekil 2, sağ).

Denklem (1)'e göre teorik olarak 1'den büyük olmamalıdır ( olduğu durumda 1’dir). Bununla birlikte pratikte çok hidrofilik yüzeylerin ölçümleri, özellikle gözenekli yüzeyin kılcallığı tarafından ıslanma sırasında ek bir kuvvetin üretildiği pürüzlü yüzeyler için değerleri verir[3] (Şekil 3).

Tüm bu durumlara 0°'lik bir temas açısı atamak yerine, DataPhysics Instruments tansiyometre yazılımı hayali temas açısını, yani (1) denklemini karşılayan karmaşık sayıyı hesaplar. İlgili yaklaşım, halen çok hidrofilik olan malzemeler arasında ayrım yapma ve diş implantlarının örneğin UV veya plazma işlemi gibi yüzey işleme tekniklerini inceleme imkanını oluşturur.

Bu teknik bilgi notunda, iki tür işlenmemiş dental implantın ve yüzeylerine UV veya plazma uygulanmış dental implantların ilerleyen ve gerileyen temas açıları bir DCAT 25 kullanılarak belirlenmiştir. Bu amaçla ölçümler, mümkün olduğu kadar az temasla ambalajından çıkarılan ve herhangi bir temizlik veya işleme tabi tutulmadan analiz edilen, implant başına üç özdeş numune üzerinde gerçekleştirilmiştir.

İki tür işlenmemiş diş implantı, aynı markadan ve aynı boyuttadır, ancak sırasıyla 2015 ve 2021'de üretilmiştir. Yüzey işleme testi için 2021 yılında üretilen implantlar kullanılmıştır. İşlem tekniği ve işlem süreleri Tablo 1'de gösterilmiştir.

Tablo 1. İşlem tekniği ve işlem süreleri.

Ölçümler, mümkün olduğu kadar az temasla ambalajından çıkarılan ve herhangi bir temizlik veya işleme tabi tutulmadan analiz edilen, implant başına üç özdeş numune üzerinde gerçekleştirilmiştir.

Bir ön testte, daha sonra 'bilinen test sıvısı' olarak kullanılan suyun yüzey gerilimi, saflığını () garanti etmek için bir Wilhelmy plakası kullanılarak ölçülmüştür.

Dinamik temas açısı ölçümü için numune tutucuya bir implant numunesi takılmıştır. Yazılımda dinamik temas açısı yöntemi seçilmiş ve numune çapı girilmiştir (4,7 mm). İmplantlar hafifçe konik olduğundan ve ucu verilen çaptan biraz daha küçük olduğundan, daldırma derinliği 8 mm olarak ayarlanmıştır. Daha sonra ölçümün başlatılmasıyla cihaz numuneyi otomatik olarak suya daldırıp çıkarmış ve ardından yazılım dinamik temas açılarını hesaplamıştır.

Şekil 3, üzerinde çalışılan diş implantları için belirlenen ilerleyen (yeşil) ve gerileyen (kırmızı) temas açılarını (CA'lar) göstermektedir. Tüm implantlar için, aynı yüzey özelliklerine sahip tekrar ölçümleri arasında yalnızca küçük sapmalar söz konusu olmuştur, bu da küçük hata çubuklarıyla sonuçlanmıştır.

Şekil 3'te görülebileceği gibi, UV ile işlenmiş implantların ve plazma ile işlenmiş implantların hem ilerleyen temas açısı hem de gerileyen temas açısı hayali temas açılarını göstermektedir, bu da bu iki yüzey işleminin hiperhidrofilik yüzeylerle sonuçlandığını ve son derece yüksek ıslatma davranışına sahip olduğunu belirtmektedir. Şekil 3'teki veriler, 5 dakika UV uygulanmış yüzeyler ile 12 dakika tedavi edilmiş yüzeylerdeki (implant tedavisinin “altın standardı”) hayali temas açılarının benzer olduğunu göstermektedir, bu da ıslanabilirlik açısından 5 dakikalık işlem süresinin yeterli olduğu anlamına gelmektedir.

Şekil 3. Farklı şekilde işlenmiş ve işlenmemiş implantlar için dinamik temas açıları (yeşil: ilerleyen, kırmızı: gerileyen).

Buna karşılık, 60 sn plazma ile işlenen implantlarda ilerleyen temas açıları, 120 sn boyunca işlenenden daha küçüktür, bu da 60 sn'lik işlem süresinin mümkün olan en iyi ıslanmayı elde etmek için kısa olduğunu düşündürmektedir.

İlginç bir şekilde, Şekil 3'te gösterildiği gibi, tüm işlenmemiş implantların ilerleyen temas açıları, 90°'den daha yüksek gerçek temas açılarıdır; bu, orijinal yüzeyin hidrofilik olmadığını ve ıslanma oranının son derece düşük olduğunu göstermektedir. Ek olarak, 2021'de üretilen implantın ilerleyen temas açısı, 2015'te üretilen implantınkinden daha küçüktür. Bu, uzun bir depolama süresinin hidrofilikliği bir dereceye kadar azaltacağını düşündürmektedir.

Hem UV hem de plazma işlem teknikleri, diş implantlarının ıslanabilirliğini iyileştirme ve onları hiperhidrofilik yapma yeteneğine sahiptir. Ek olarak, 5 dakikalık bir UV işlemi, 12 dakikalık işlemin altın standardı ile aynı ıslanabilirliği sergilemiştir. Genel olarak, 120 saniyelik bir plazma işleminin, daha fazla zaman alan UV tekniğinin yerini almak için umut verici bir aday olduğu söylenebilir.

Yazar: Dr. Sebastian Schaubach, DataPhysics Instruments GmbH

Tarih: 25.05.2021

Şekil 1. Dental implantın plazma işlemi.

Şekil 2. Dinamik temas açıları, katı numune yüzey gerilimi 𝜎 bilinen bir test sıvısına daldırıldığında veya test sıvısından çekildiğinde ölçülebilmektedir.

İki tür işlenmemiş diş implantı, aynı markadan ve aynı boyuttadır, ancak sırasıyla 2015 ve 2021'de üretilmiştir. Yüzey işleme testi için 2021 yılında üretilen implantlar kullanılmıştır. İşlem tekniği ve işlem süreleri Tablo 1'de gösterilmiştir.

Tablo 1. İşlem tekniği ve işlem süreleri.

Ölçümler, mümkün olduğu kadar az temasla ambalajından çıkarılan ve herhangi bir temizlik veya işleme tabi tutulmadan analiz edilen, implant başına üç özdeş numune üzerinde gerçekleştirilmiştir.

Bir ön testte, daha sonra 'bilinen test sıvısı' olarak kullanılan suyun yüzey gerilimi, saflığını () garanti etmek için bir Wilhelmy plakası kullanılarak ölçülmüştür.

Şekil 3. Farklı şekilde işlenmiş ve işlenmemiş implantlar için dinamik temas açıları (yeşil: ilerleyen, kırmızı: gerileyen).

Buna karşılık, 60 sn plazma ile işlenen implantlarda ilerleyen temas açıları, 120 sn boyunca işlenenden daha küçüktür, bu da 60 sn'lik işlem süresinin mümkün olan en iyi ıslanmayı elde etmek için kısa olduğunu düşündürmektedir.

[1] Application note: Measuring Imaginary Dynamic Contact An-gles on Dental Implants – DataPhysics Instruments.

[2] Jennissen, H. Contact angle measurement on dental implants. Biomedical Technology (Berl), 2014, 59, 180–183. doi: 10.1515/bmt-2014-4042.

[1] Jennissen H. P. Hyperhydrophilic rough surfaces and imaginary contact angles. Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, 2012, 43, 743-750. doi: 10.1002/mawe.201200961.