齒科種植體的表面自由能測量

齒科種植體表面處理因其在優(yōu)化種植體潤濕行為方面的重要應(yīng)用而受到越來越多的關(guān)注。研究表明，通過增加植入體的表面自由能，可以改善成骨細胞的初始附著，從而在植入后幫助增進新骨的生成。因此出現(xiàn)了各種表面處理方法，其中等離子處理被廣泛應(yīng)用于牙科實驗室。表面自由能是驗證種植體表面預(yù)處理或清潔過程是否成功的重要參數(shù)。此外，表面自由能的理論有助于評估植入物的潤濕行為和粘附性能，以便進一步加工處理。然而，對測量區(qū)域非常小的樣品（見圖1）表面自由能測量存在很大的挑戰(zhàn)，我們需要產(chǎn)生合適體積的小液滴，使其不會觸及到被測表面的邊緣之外。為了解決這個問題，德國德飛 dataphysics公司采用皮升液體彈射系統(tǒng)（PDDS），用于彈射超微小液滴（最小體積30皮升，液體種類不限），安裝在OCA200全自動接觸面角測量儀上，因該皮升彈射系統(tǒng)具備彈射任何液體的特點，很適合齒科種植體表面能的測量和分析。

技術(shù)和方法：

光學(xué)接觸角測量儀OCA 200（圖2）可實現(xiàn)微觀和宏觀樣品的測量。配備高性能相機，即使是超微小高揮發(fā)性的液滴依然可以捕捉并完成測量。此外，軟件精準控制的電動樣品臺能夠高速高精度定位微觀結(jié)構(gòu)樣品，從而實現(xiàn)快速自動化程序測量。尤其OCA200與皮升彈射系統(tǒng)PDDS相結(jié)合時（圖3），可以實現(xiàn)更小的樣品結(jié)構(gòu)上的接觸角測量和全自動分析，如冠狀動脈支架的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)或單絲纖維表面測量（纖維直徑最小3微米）。

使用OCA 200-PDDS產(chǎn)生足夠小的單一小液滴，實現(xiàn)種植體螺紋間隙的接觸角測量，如下圖。

固體的表面自由能（SFE）是通過被測固體與至少兩種不同的液體的接觸角值計算得到的，這些液體的表面張力值包括它們的色散分量和極性分量已在軟件中提供了標準的文獻值，故是已知的。將液體色散分量和極性分量帶入到合適的計算模型，即可求出固體和液體之間的界面張力σ_SL。我們熟知的Owens, Wendt, Rabel and Kaelble （OWRK-model）計算模型經(jīng)常用于表面自由能計算，它考慮了液體表面張力σ_L和固體表面能σ_S的色散部分和極性部分的幾何平均值（方程1）如下：

將該表達式代入Young方程，固體表面自由能的極性部分和色散部分可以從回歸線中確定。

綜上所述，全自動接觸角測量儀OCA 200配置PDDS皮升彈射系統(tǒng)，采用WORK計算模型，對于微小固體表面如齒科種植體的表面自由能計算是一個非常理想的測量和計算方法。

      在本文中，我們采用一個陶瓷種植體和兩個金屬種植體作為測量樣本。將包裝材料分別從種植體上取下，在此過程中盡量避免觸碰樣品，保持樣品的原有表面信息，不做任何進一步清潔等處理，對其進行表面自由能分析。

      上述提到，表面自由能是通過至少兩種已知張力等物理量的液體與固體樣品的接觸角值直接計算得到。DataPhysics 通常推薦幾個常用液體，如：二dian jia wan ，乙二醇，硫二甘醇和水作為表面自由能的標準測試液體。但在本實驗中，由于使用PDDS皮升彈射單元，硫二甘醇的粘度太大，不易生成皮升小液滴。另外，表面自由能測量中，要求在任何情況下，確保所選的測試液不與被分析的固體材質(zhì)表面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)是很重要的。因此，本實驗選擇了水和二dian jia wan 作為測試液體。

     被測樣品被垂直方向固定在OCA 200-PDDS測量系統(tǒng)的樣品臺上（圖3所示）。

     然后，使用Relyon Plasma公司的手持式 piezobrush®PZ3（陶瓷:標準模塊，金屬:近場模塊）等離子體設(shè)備，溫度小于50°C的低溫大氣壓等離子體處理種植體表面。按照上述相同的方法測量處理后的種植體表面接觸角和表面自由能

實驗結(jié)果：

潤濕性對各種表面處理后的評價都是非常重要的。為了深入了解種植體表面處理前后潤濕性差異，本實驗分別測量了水和二dian jia wan 與未處理表面相比，處理后種植體表面的自由能SFE和極性分量均增加，其中金屬種植體1和陶瓷種植體表面自由能（SFE）增加明顯。更高的表面自由能意味著更強的極性分量和更清潔的表面。因此，等離子體處理后，可以去除很多肉眼不可見的非常細微的有機雜質(zhì)，意味著種植體表面被激活，有利于對種植體進一步表面處理加工。

結(jié)論

Dataphysics公司光學(xué)接觸角測量儀OCA 200與皮升彈射系統(tǒng)PDDS相結(jié)合，提供了一種簡單快速并且可靠的方法測量類似齒科嵌入物等微小固體的表面自由能。

該技術(shù)拓展了微觀結(jié)構(gòu)樣品表面自由能的測量方法，對改進或評價涂層、清潔、或粘接等工業(yè)處理具有重要意義。與種植體表面的接觸角，并計算了種植體的表面自由能。從圖4可以看出，處理后的種植體表面接觸角值均低于未處理的種植體表面，說明處理后的種植體表面與測試液體的潤濕性增加。

用圖4的接觸角值，根據(jù)OWRK （方程1）計算了所有種植體的表面自由能。如圖5所示，處理前后表面自由能及其色散分量和極性分量結(jié)果。

與未處理表面相比，處理后種植體表面的自由能SFE和極性分量均增加，其中金屬種植體1和陶瓷種植體表面自由能（SFE）增加明顯，更高的表面自由能意味著更強的極性分量和更清潔的表面。因此，等離子體處理后，可以去除很多肉眼不可見的非常細微的有機雜質(zhì)，意味著種植體表面被激活，有利于對種植體進一步表面處理加工。

結(jié)論

Dataphysics公司光學(xué)接觸角測量儀OCA 200與皮升彈射系統(tǒng)PDDS相結(jié)合，提供了一種簡單快速并且可靠的方法測量類似齒科嵌入物等微小固體的表面自由能。

該技術(shù)拓展了微觀結(jié)構(gòu)樣品表面自由能的測量方法，對改進或評價涂層、清潔、或粘接等工業(yè)處理具有重要意義。

用圖4的接觸角值，根據(jù)OWRK （方程1）計算了所有種植體的表面自由能。如圖5所示，處理前后表面自由能及其色散分量和極性分量結(jié)果。