Μελέτη της επίδρασης των ακτίνων γ και lasers στα προσθετικά υλικά

Abstract

Gamma rays are widely used in sterilization of bone biomaterials for teeth implants and fillers to destroy microorganisms without appreciable temperature rise in the substrate, as it is required. The application of lasers Er:YAG and Nd:YAG in dentistry is a breakthrough in the treatment of oral disease since they are able to drill extremely small holes and remove less material than the conventional dental treatment of cavities. They also have many advantages not only for dentists but for patients too. In this work FT-IR spectroscopy was used in combination with Scanning Electron Microscopy (SEM) in order to study the application of lasers to the molecular structure of teeth and bone in general.FT-IR spectral analysis of teeth shows that the concentration of organic mass decreases from roots to enamel. TGA analysis shows also that roots contain higher concentration of water, comparing to the roots of ododine and enamel. From the intensity of the characteristic absorption bands in the IR spectra at 3070 , 2917 and 2849 cm-1, which are assigned to stretching vibrations of v(=CH), vasCH2 and vsCH2, it is found that enamel contains collagenous type proteins. Furthermore, from the spectra it was found that the hydroxyapatite of dentine contained collagen I, because after the Nd:YAG laser irradiation there were observed bands, in the FT-IR spectra, which could be assigned to Amide I and Amide II absorptions of the proteins of collagen. Moreover, the FT-IR spectra revealed that collagenous and non-collagenous proteins are the most sensitive part of the tooth. The use of water spray during the irradiation of enamel with Er: YAG laser of 40 mJ lead to the binding of water to the hydroxyapatite through weak hydrogen bonds. The SEM images revealed nano-scale homogenous layers of hydroxyapatite and the development of crystals along the direction of the tooth axis. The images also showed that the crystals of hydroxyapatite of enamel contained besides calcium ions also other ions such as magnesium, sodium and silicates. It was also found that the lasers caused better ablation and minimized the cracking on the surface of teeth in comparison to the cut disk. High irradiation energies cause larger cracks on the surface of teeth which can reduce their mechanical properties and make them more fragile. Thus, the application of lasers to the treatment of teeth should be used with caution.

Οι ακτίνες γ χρησιμοποιούνται για την αποστείρωση οδοντικών εμφυτευμάτων και των οστικών πληρωτικών βιοϋλικών που χρησιμοποιούνται από τράπεζες οστικών μοσχευμάτων, στην γναθοπροσωπική χειρουργική και περιοδοντολογία. Επιπλέον τα laser Er:YAG και Nd:YAG χρησιμοποιούνται σήμερα στην οδοντιατρική για επεμβάσεις στην καταπολέμηση της τερηδόνας και στην έμφραξη των δοντιών.Διαπιστώθηκε φασματοσκοπικά ότι η ρίζα του δοντιού είναι πλούσια σε οργανικά συστατικά. Η οργανική μάζα μειώνεται από την οδοντίνη προς την αδαμαντίνη. Η TGA ανάλυση έδειξε την ίδια συμπεριφορά σε περιεκτικότητα νερού. Από τις ταινίες στα 3070, 2917 και 2849 cm-1, οι οποίες αποδίδονται στις δονήσεις τάσης των χαρακτηριστικών ομάδων v=CH, vasCH2 και vsCH2, ανντίστοιχα, συμπεραίνεται ότι οι πρωτεΐνες κολλαγονούχες. Επίσης διαπιστώθηκε ότι ο υδροξυαπατίτης (HA) της οδοντίνης περιέχει κολλαγόνο τύπου Ι, καθώς ότι μετά την ακτινοβόληση με Nd:YAG εμφανίζονται στα FT-IR φάσματα ταινίες απορρόφησης, που αποδίδονται στις αμινομάδες του κολλαγόνου. Επιπλέον από τα FT-IR φάσματα φάνηκε ότι το περισσότερο ευαίσθητο τμήμα του δοντιού στις ακτινοβολίες είναι οι πρωτεΐνες, κολλαγονούχες και μη. Η χρήση του νερού κατά την ακτινοβόληση της αδαμαντίνης με ενέργεια παλμού 40 mJ οδηγεί στη συγκράτησή του από τον HA με τον οποίο συγκρυσταλλώνεται. Η συγκράτηση πρέπει να γίνεται με ασθενείς δεσμούς υδρογόνου. H ακτινοβολία γ, σε αντίθεση με το οστό επιδρά πρώτα στα ανόργανα συστατικά και μετά στην οργανική φάση των δοντιών.Από τις εικόνες SEM διαπιστώθηκε ότι η ανάπτυξη των δοντιών αρχίζει από την εναμελίνη, η οποία έχει σφαιρικό σχήμα. Η σφαίρα της εναμελίνης γίνεται η βάση ενός κώνου και στη συνέχεια αναπτύσσονται οι κρύσταλλοι του HA σε νανο-κλίμακα. Ο HA των δοντιών αναπτύσσεται κατά ομοιογενή στρώματα, η δε ανάπτυξη των κρυστάλλων ακολουθεί κατεύθυνση προς τον άξονα των δοντιών. Επίσης διαπιστώνεται ότι οι κρύσταλλοι του HA της αδαμαντίνης περιέχουν εκτός από τα ιόντα Ca και άλλα ιόντα, όπως Mg, Na, F και Si.Τα laser, όπως έδειξαν οι εικόνες SEM προκαλούν καλύτερη αδροποίηση και μικρότερες ρηγματώσεις στην επεξεργασμένη επιφάνεια των δοντιών, ως προς τον κλασσικό τροχό. Οι πολύ μεγάλες ενέργειες προκαλούν ρωγμές μεγάλου ανοίγματος στην μάζα του δοντιού, γεγονός που μπορεί να μειώσει τις μηχανικές ιδιότητες του δοντιού και να το καταστήσει περισσότερο θραυστό. Η τελική αυτή παρατήρηση οδηγεί στο συμπέρασμα ότι ο οδοντίατρος χρήστης των laser θα πρέπει να εξασκηθεί πολύ καλά πριν το χρησιμοποιήσει σε ασθενείς.