Ảnh hưởng của các phương pháp khử trùng đến đặc điểm bề mặt và sự hình thành màng sinh học trên zirconia in vitro (Phần 3)

Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm này đã khảo sát ảnh hưởng của phương pháp xử lý khử trùng lên bề mặt của zirconia và sự bám dính của vi khuẩn trên zirconia đã khử trùng. Khử trùng bằng nồi hấp hơi nước, khử trùng bằng nhiệt khô, chiếu tia UVC và chiếu tia gamma được chọn làm phương pháp xử lý khử trùng trong nghiên cứu.
Một trong những điểm khác biệt rõ ràng sau khi khử trùng được quan sát là sự đổi màu được thấy trong Nhóm UVC và Nhóm γ, dựa trên quan sát và đánh giá bằng mắt. Màu của các mẫu zirconia thay đổi thành màu vàng nhạt ở Nhóm UVC và màu nâu ở Nhóm γ, trong khi không có sự đổi màu rõ ràng ở Nhóm SA và Nhóm DH so với màu trắng của zirconia trong Nhóm đối chứng. Ảnh hưởng của bức xạ UVC hoặc γ năng lượng cao trong zirconia có thể dẫn đến việc tạo ra các điện tử tự do với một loạt năng lượng thông qua sự hấp thụ năng lượng bức xạ và sự ion hóa sau đó. Quá trình như vậy có thể tạo ra các trung tâm màu trong zirconia, điều này có thể dẫn đến sự đổi màu ở bề mặt và các lớp sâu hơn của vật liệu. Đây cũng có thể là lý do cơ bản dẫn đến hiện tượng đổi màu của vật liệu tổng hợp nhựa chứa zirconia sau khi chiếu xạ UVC. Do đó, các hiện tượng đổi màu được chỉ định zirconia không thể được khử trùng bằng chiếu xạ nếu nó được sử dụng làm mão răng, vì sự đổi màu sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả thẩm mỹ của zirconia, và ảnh hưởng thẩm mỹ của UVC trên mô cấy zirconia cần được nghiên cứu thêm.
Theo xác định của các đánh giá SEM, hình thái tổng thể của bề mặt zirconia dường như không bị ảnh hưởng bởi các phương pháp khử trùng được sử dụng trong nghiên cứu này. Kết quả này phù hợp với phát hiện của các nghiên cứu trước đây. Một nghiên cứu của Vezeau et al. đã nghiên cứu ảnh hưởng của các phương pháp xử lý khử trùng trên bề mặt titan nguyên chất và kết luận rằng các phương pháp xử lý khử trùng không làm thay đổi hình thái của các mẫu. Một nghiên cứu khác trước đây cho thấy hình thái bề mặt ngà răng không bị ảnh hưởng bởi tia gamma và không phát hiện thấy sự thay đổi cấu trúc ngà răng.
Đối với độ nhám bề mặt, các mẫu zirconia không cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa các phương pháp xử lý khử trùng khác nhau trong nghiên cứu. Một nghiên cứu của Park et al. cũng nhận thấy rằng việc khử trùng không làm thay đổi độ nhám bề mặt của titan đã được xử lý trước (PT, R a = 0,4 μm). Trên thực tế, hạn chế của nghiên cứu là không sử dụng các thông số chiều cao, không gian và độ nhám lai của bề mặt 3D (ví dụ: S a , S z , S sk , S ku , S al , S tr và S dr) để đánh giá các đặc tính bề mặt, vì một số nghiên cứu nhất định đã đề xuất chọn một tập hợp các thông số về độ nhám nhằm mục đích xác định đúng đặc tính của bề mặt cấy ghép. Tuy nhiên, nó vẫn còn đang được khám phá, thông số độ nhám nào là thích hợp nhất để mô tả đặc điểm bề mặt cấy ghép liên quan đến hiệu ứng sinh học, chẳng hạn như Matinlinna et al. đã đề cập rõ ràng đến các nghiên cứu khác nhau sử dụng các dạng thô khác nhau thiếu thống nhất. Do đó, trong khi chúng ta có thể cần phải khám phá ảnh hưởng của các phương pháp khử trùng khác nhau lên độ nhám bề mặt ba chiều của zirconia, một trọng tâm khác có thể là tiêu chuẩn hóa các đơn vị độ nhám hoặc phương pháp thử nghiệm.
Đối với năng lượng tự do bề mặt, các mẫu zirconia tăng lên sau khi khử trùng ở tất cả các nhóm trong nghiên cứu. Kết quả phù hợp với một nghiên cứu của Wittenburg cũng tiết lộ rằng thủy tinh được khử trùng bằng hơi nước có giá trị góc tiếp xúc thấp hơn đáng kể so với các mẫu thủy tinh không được xử lý. Một nghiên cứu của Kummer et al. phát hiện ra rằng việc chiếu tia UV lên Ti có thể làm tăng sự hình thành Ti-OH và dẫn đến tăng khả năng thấm ướt bề mặt và năng lượng bề mặt. Một lý do khác được minh họa bởi các nghiên cứu trước đó là titan và zirconia liên tục hấp phụ các tạp chất hữu cơ như hydrocacbon từ môi trường, điều này có thể dẫn đến sự gia tăng tính kỵ nước. Việc chiếu tia UV có thể làm giảm đáng kể hàm lượng cacbon và tăng số lượng nhóm hydroxyl trên bề mặt titan và zirconia. Nguyên nhân cơ bản là sự chiếu xạ ánh sáng UV có thể tạo ra các khoảng trống bề mặt O2 tại các vị trí cầu nối O 2. Nghiên cứu này phù hợp với các nghiên cứu trước đó và chúng tôi đã quan sát thấy sự giảm ô nhiễm carbon và tăng thành phần oxit trên bề mặt zirconia sau khi chiếu xạ UVC từ kết quả XPS. Nghiên cứu đã chứng minh rằng tia gamma cũng có thể làm tăng tính ưa nước của bề mặt zirconia như được phát hiện bằng thử nghiệm năng lượng tự do trên bề mặt. Thật vậy, Ueno et. al nhận thấy rằng, mặc dù việc xử lý tia gamma trên titan không làm thay đổi địa hình bề mặt, nhưng nó có thể làm giảm góc tiếp xúc. Cơ chế là do sự chiếu xạ tia gamma làm phân hủy các phân tử hữu cơ bị hấp phụ trên bề mặt titanium dioxide và tạo ra các loại oxy hoạt hóa đến từ O2 trong không khí, ví dụ O 2− , O -, và O (nguyên tử). Các quá trình này góp phần hiệu quả vào tính ưa nước của bề mặt. Mặc dù vậy, cơ chế chính xác của zirconia vẫn cần được khám phá thêm.
Theo kết quả XRD, các mẫu zirconia trong nghiên cứu của chúng tôi chỉ chứa cấu trúc pha tứ giác (T) trong tất cả các nhóm. Kết quả này phù hợp với một nghiên cứu trước đây cho thấy rằng không có bằng chứng về sự chuyển pha zirconia được quan sát thấy trong bất kỳ vật liệu tổng hợp zirconia / alumina nào sau khi được xử lý bằng phương pháp khử trùng bằng chiếu xạ 25 kGy và khử trùng bằng chiếu xạ 50 kGy. Mặc dù nghiên cứu trước đây cho thấy phương pháp khử trùng bằng nồi hấp áp lực hơi nước có thể gây ra sự thay đổi pha và làm nhám bề mặt của các thành phần đầu xương đùi zirconia ổn định yttria, không có sự chuyển đổi pha tứ giác (T) sang đơn tà (M) có thể được quan sát thấy trong tất cả các mẫu zirconia. Lý do cơ bản có thể là sự khác biệt về điều kiện tiệt trùng giữa các nghiên cứu khác nhau. Vật liệu đa tinh thể tứ giác O 3 -ZrO 2 (Y-TZP), chứa 2–3 mol% Y 2 O 3 được cấu thành chủ yếu từ các hạt zirconia tứ giác. Một nghiên cứu trước đây về hành vi phân hủy thủy nhiệt của zirconia nha khoa được gia công bằng CAD / CAM (3 mol% Y-TZP, IPS e.max ZirCAD, Ivoclar-Vivadent, Schaan, Liechtenstein) sử dụng nhiệt độ / chu trình hấp tiệt trùng hơi nước giống hệt nhau cho thấy thời gian dài hơn nhiều thời gian khử trùng và nhiều chu kỳ khử trùng hơn là cần thiết cho sự chuyển pha của zirconia. Ngoài ra, một nghiên cứu khác đã điều tra hành vi suy giảm nhiệt độ thấp của zirconia cấp y tế (3 mol% Y-TZP, Prozyr Y-TZP, Norton, East Granby, CT) trong lò phổ thông ở 200 °C trong không khí. Người ta nhận thấy sự chuyển đổi pha từ tứ giác sang đơn tà đáng kể xảy ra sau thời gian kéo dài 12 giờ.
Mục đích khác của nghiên cứu này là đánh giá ảnh hưởng của các phương pháp xử lý khử trùng khác nhau đối với sự hình thành màng sinh học trên zirconia. Các nghiên cứu trước đây cho thấy các yếu tố khác nhau có thể ảnh hưởng đến sự bám dính của vi khuẩn trên bề mặt vật liệu, ví dụ, độ nhám bề mặt, năng lượng tự do bề mặt, hóa học bề mặt. Trong nghiên cứu này, vi khuẩn S. aureus và P. gingivalis là vi khuẩn mục tiêu. Gần đây, một nghiên cứu lâm sàng đã được thực hiện để kiểm tra sự phổ biến và mức độ của sáu vi khuẩn gây bệnh trong hệ vi sinh vật dưới sụn/ dưới niêm mạc ở răng so với cấy ghép với các điều kiện lâm sàng khác nhau. Một loài vi khuẩn gram dương, S. aureus được phát hiện là phổ biến nhất các loài vi khuẩn ở cả vị trí nha chu và quanh implant, bất kể tình trạng sức khỏe của chúng. Điều trị hóa trị liệu bằng kháng sinh nhằm mục đích giảm số lượng S. aureus cho phép chất lượng xương sửa chữa tốt hơn đối với các khuyết tật xương phẫu thuật ở chuột. P. gingivalis được coi là một trong những hệ vi sinh quan trọng nhất của bệnh viêm quanh răng. Nó đã được tập trung cho các nghiên cứu về căn nguyên viêm quanh implant trong một thời gian dài.
Kết quả cho thấy sự hình thành màng sinh học S. aureus trên bề mặt zirconia được xử lý khử trùng bằng bức xạ gamma cao hơn so với trên bề mặt zirconia được khử trùng bằng nhiệt khô sau 2 ngày. Tuy nhiên, không có sự khác biệt đáng kể về sự hình thành màng sinh học của S. aureus trên bề mặt zirconia giữa các nhóm khác. Đối với P. gingivalis , sự khác biệt đáng kể về sự phát triển của màng sinh học P.gingivalis được tìm thấy giữa bề mặt zirconia sau khi khử trùng bằng nhiệt khô và chiếu xạ UVC ( p Xử lý nhiệt khô đối với các mẫu zirconia được chứng minh là thể hiện sự hình thành màng sinh học thấp nhất trên các mẫu zirconia giữa các nhóm khác nhau. Lý do cơ bản không hoàn toàn rõ ràng. Khử trùng bằng nhiệt khô chỉ đơn giản là tăng nhiệt độ của vật phẩm lên 160 °C dưới áp suất không khí bình thường, trong đó quá trình tiệt trùng được tiến hành trong điều kiện khô không có hơi nước và áp suất cao so với khử trùng bằng nồi hấp áp lực. Vì sự phân ly của nước có thể tạo ra OH - và bị ảnh hưởng bởi áp suất, nhóm nghiên cứu suy đoán rằng bề mặt zirconia của Nhóm DH chứa lượng OH thấp hơn so với Nhóm SA, điều này cần nghiên cứu thêm để xác nhận. Người ta thấy rằng OH- các ion tồn tại ở lớp bề mặt trên cùng có lợi cho sự hấp phụ của các protein kết dính tế bào. Điều này cho thấy, sự hấp phụ có chọn lọc của các protein bám dính tế bào chi phối sự bám dính của tế bào lên bề mặt. Do đó, số lượng vi khuẩn có thể bám trên bề mặt zirconia thấp nhất sau khi xử lý khử trùng bằng nhiệt khô trong số tất cả các nhóm nghiên cứu đã khử trùng.
Đối với các mẫu tiệt trùng bằng tia UVC và γ, số lượng vi khuẩn P. gingivalis trên bề mặt zirconia cao hơn đáng kể sau khi chiếu tia UVC và vi khuẩn S. aureus trên bề mặt zirconia sau khi chiếu tia gamma cao hơn tương ứng so với các mẫu được khử trùng bằng nhiệt khô. Điều này có thể được giải thích là do năng lượng tự do bề mặt của bề mặt zirconia tăng lên sau khi chiếu xạ UVC và γ. Kết quả phù hợp với nghiên cứu trước đây của Zhao và cộng sự với kết quả cho rằng khử trùng bằng tia cực tím làm tăng năng lượng tự do bề mặt của bề mặt titania cao hơn. Các nhà nghiên cứu đã báo cáo rằng các mẫu có thể có tác động mạnh đến sự kết dính của tế bào. Hơn nữa, tính ưa nước tăng lên có thể làm thay đổi sự hấp phụ của các protein cụ thể lên bề mặt vật liệu sinh học, điều này có thể ảnh hưởng hơn nữa đến các tương tác với tế bào. Ngoài ra, một số loài vi khuẩn nhạy cảm hơn với hóa học bề mặt trong khi những loài khác với độ nhám bề mặt. Do đó, cơ chế cơ bản của sự bám dính của P. gingivalis và S. aureus trên bề mặt zirconia sau khi xử lý khử trùng khác nhau rất phức tạp và cần được nghiên cứu thêm.

Năng lượng tự do bề mặt và hóa học bề mặt của zirconia thay đổi sau khi khử trùng. Việc lựa chọn phương pháp khử trùng sử dụng cho zirconia đóng một vai trò quan trọng trong mức độ hình thành màng sinh học trên bề mặt zirconia. Ngoài ra, quá trình khử trùng bề mặt và tính ưa nước đang đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành màng sinh học trên vật liệu zirconia. Các mẫu zirconia được xử lý bằng phương pháp khử trùng bằng nhiệt khô cho thấy sự hình thành màng sinh học giảm, trong khi các mẫu zirconia được xử lý bằng chiếu xạ UVC và chiếu tia cho thấy sự hình thành vi khuẩn trên bề mặt zirconia cao hơn.