Dental Fluorosis Enamel의 Gradient Nanomechanical Behavior에 대한 조사

결과 및 토론

치아불소증 법랑질의 미세구조 및 구배 나노기계적 거동

정상 치아의 법랑질 3층, 경도 치아불소증, 중증 치아불소증의 미세구조를 Fig. 2에 나타내었다. 정상치아의 바깥쪽 법랑막과 중간 법랑막은 직경이 균일하고 수직으로 배열되어 있었다(Fig. 2a, d), 내부 에나멜 막대는 물결 모양 또는 직조 패턴을 나타냅니다(그림 2g). 경미한 치아불소증에서는 바깥쪽 법랑질에 적은 수의 구멍(그림 2b의 흰색 원)이 관찰되었지만 중간 및 안쪽 층(그림 2e, h)은 정상 치아와 유사한 미세 구조를 나타냅니다. 심한 치아 불소증의 외부 법랑질 막대 구조는 법랑질 막대(그림 2c의 녹색 화살표)와 수많은 기공(그림 2c의 흰색 원) 사이의 넓어진 간격이 특징입니다. 법랑 막대의 결정은 결정 클리어런스와 미세 기공이 증가하면서 느슨하게 배열되었습니다(그림 2c의 빨간색 화살표). 중간층에서도 소수의 기공(그림 2f의 흰색 원)이 발견되었습니다. 중증 치아불소증의 내부 법랑질 구조는 정상 치아와 유사하였다(Fig. 2i). 경미한 치아불소증의 법랑질 바깥쪽과 중증의 치아불소증의 바깥쪽과 중간쪽 법랑질은 정상치아와 비교하여 미세구조가 현저한 차이를 보였으며, 이는 두 가지 요인에 기인할 수 있다[28,29,30,31]. 한 가지 요인은 사춘기에 치아 법랑질이 정상적으로 형성되는 동안 과도한 불소 섭취의 방해입니다. 이 과정은 과도한 기질 단백질 보유, 에나멜 막대 저광화 및 에나멜 막대의 느슨한 결정 배열을 초래합니다[28,29,30]. 다른 요인은 과도한 불소 섭취로 인한 수산화인회석 결정의 화학적 변화입니다. 불화물 인회석은 불화물 원소가 수산화인회석 결정의 수산기를 대체할 때 형성됩니다[31].

정상 치아 법랑질, 경도 치아 불소증 법랑질 및 중증 치아 불소증 법랑질의 SEM 이미지. 아 –ㄷ 외부 레이어, d –f 중간 레이어 및 g –나 내부 층을 37% 인산으로 30초 동안 에칭한 다음 × 5000 배율로 시각화했습니다. 녹색 화살표는 법랑질 막대 사이의 넓어진 간격을 나타내고 흰색 원은 모공을 나타냅니다. 빨간색 화살표는 에나멜 막대에 느슨하게 배열된 결정을 나타내며 결정 클리어런스와 미세 기공이 증가합니다.

일반 치아 법랑질에서는 바깥층에서 안쪽층으로 갈수록 나노경도와 탄성계수가 감소한 반면(Fig. 3), 바깥층에서 안쪽층으로 갈수록 변위 변화가 증가하였다(Fig. 4). 법랑질 막대와 화학 성분의 방향은 치아 법랑질의 외부 층에서 내부 층으로의 구배 나노기계적 특성을 초래했습니다[32,33,34]. 정상적인 치아 법랑질은 복잡한 계층 구조를 나타냅니다[18, 35]. 외부 에나멜 막대는 직선이고 서로 평행하게 정렬된 반면 내부 에나멜 막대는 교대 "밴드" 내에서 확장되었습니다[36]. 저작하는 동안 응력은 사용 가능한 에너지가 decussated enamel(inner enamel)에 의해 배수되거나 편향될 때까지 수직 막대(outer enamel)를 따라 확장됩니다[36]. 치아 법랑질은 중량비로 96%의 미네랄 물질, 1%의 유기 단백질, 3%의 수분으로 구성되며 유기 단백질 함량은 바깥쪽 법랑질에서 EDJ로 증가합니다[37]. 치아의 유기 성분은 항피로 반응을 촉진하고 균열 억제에 기여하고[38, 39], 유기 단백질의 인대 다리 형성도 폐쇄 응력을 촉진합니다[40]. 미세구조의 차이(그림 2)와 증가된 유기물 함량[41]으로 인해 치과불소증 법랑질은 일반 치아 법랑질과 다른 구배 나노기계적 거동을 보였다. 경도 치아불소증 법랑질의 나노경도와 탄성계수는 바깥층에서 중간층으로 증가하다가 중간층에서 내부층으로 갈수록 감소하였다(그림 3). 경도 치아불소증 법랑질 외층의 변화된 변위(7.70 ± 2.71 nm)는 정상 치아 법랑질보다 유의하게 컸습니다(p <0.05), 변위의 변화는 외부층에서 중간층으로 갈수록 감소하다가 중간층에서 내부층으로 갈수록 약간 증가한다(Fig. 4). 심한 치아불소증 법랑질의 경우 나노경도와 탄성계수가 외부층에서 내부층으로 증가하였다. 중증 치아불소증 법랑질의 외층의 나노경도(2.04 ± 0.89 GPa)와 탄성계수(46.63 ± 11.19 GPa)가 중간층보다 낮았고, 내층이 그 중 가장 높은 값(p <0.05) (그림 3). 중증 치아불소증 법랑질의 변위 변화는 외층에서 내층으로 감소하였고, 외층의 변화된 변위(11.50 ± 3.77 nm)가 중간층(8.79 ± 2.24 nm)보다 컸습니다. 레이어 중 내부 레이어는 가장 낮은 변위(p <0.05) (그림 4).

정상 치아의 법랑질층의 나노기계적 특성, 경증 치아불소증 및 중증 치아불소증. 아 나노경도. ㄴ 탄성 계수. 동일한 기호는 정상 치아 법랑질, 경도 치아 불소증 법랑질 및 중증 치아 불소증 법랑질의 해당 층 간의 나노 경도 및 탄성 계수에 큰 차이가 없음을 나타냅니다.

정상 치아 법랑질층의 나노인덴테이션 크립 거동, 경증 치아불소증 및 중증 치아불소증. 동일한 기호는 정상 치아 법랑질, 경도 치아 불소증 법랑질 및 중증 치아 불소증 법랑질의 해당 층 간에 나노 압입 크리프 거동에 큰 차이가 없음을 나타냅니다.

정상 치아, 경도 치아불소증, 중증 치아불소증의 세 가지 법랑질층의 마찰계수를 Fig. 5에 나타내었다. 정상치아 법랑질의 마찰계수는 바깥층에서 안쪽층으로 갈수록 증가하였다. 경도 치아불소증 법랑질에서 마찰계수는 바깥층에서 중간층으로 감소하다가 중간층에서 내부층으로 갈수록 증가하였다. 중증 치아불소증 법랑질에서 바깥층(0.25 ± 0.044)과 중간층(0.18 ± 0.025)의 마찰계수는 경도 치아불소증 법랑질과 정상 치아 법랑질보다 유의하게 컸다(p <0.05). 또한 심한 치아불소증 법랑질의 마찰계수는 외층에서 내층으로 갈수록 감소하였다(p <0.05).

정상 치아의 법랑질층 마찰계수, 경증 치아불소증, 중증 치아불소증

정상 치아, 경증 치아불소증, 중증 치아불소증의 3가지 법랑질층의 나노스크래치 깊이와 너비를 Fig. 6에 나타내었다. . 6a), 경도 치아불소증 법랑질은 나노스크래치 깊이와 너비가 외부층에서 중간층으로 감소한 다음 중간층에서 내부층으로 증가하는 것으로 나타났습니다(그림 6b). 심한 치아불소증 법랑질의 나노스크래치 깊이와 폭의 변화는 정상 치아 법랑질과 유의하게 달랐다. 구체적으로, 나노스크래치의 깊이와 너비는 심각한 치아불소증 법랑질의 외부층에서 내부층으로 감소했습니다(그림 6c).

정상 치아, 경미한 치아 불소증 및 중증 치아 불소증의 법랑질층에 있는 나노 스크래치 트랙의 프로필. 아 정상적인 치아 법랑질. ㄴ 가벼운 치아 불소증 법랑질. ㄷ 심각한 치아 불소증 법랑질

정상적인 치아 법랑질의 내마모성은 외층에서 내층으로 갈수록 감소하는데, 이는 이전 연구에서 관찰된 거동과 일치한다[42,43,44]. 과도한 불소는 법랑질 표면에 불소와 같은 침전물을 형성하고 내마모성을 감소시킬 수 있습니다[3, 45, 46]. 본 연구에서 중증 치아불소증 법랑질의 외층 및 중간층과 경도 치아불소증 법랑질의 외층 내마모성은 정상 치아 법랑질보다 현저히 낮았다. 간질 법랑질은 법랑질 봉보다 단백질을 더 많이 함유하고 있어 치아에 가해지는 압력을 흡수 및 분산시키는 완충층 역할을 하며 치아 법랑질의 내마모성에 영향을 미친다[43]. 과도한 불소 섭취는 저광화 법랑질 간상체 형성과 치아 불소증의 간상 법랑질에 과도한 기질 단백질 잔류를 초래하며[28,29,30,31], 이 두 가지 모두 치아 불소증 법랑질의 내마모성에 극적인 영향을 미칩니다.

치과 불소증의 여러 층의 나노기계적 및 나노마찰학적 특성에 대한 이해는 이러한 특성에 대한 지식이 임상 실습에 사용하고 치과 수복 재료의 개발을 촉진하기 위한 적절한 수복 재료 선택을 안내하는 데 도움이 될 수 있기 때문에 이 조사의 중요한 기여입니다. . 치과 불소증 법랑질은 정상적인 치아 법랑질과는 다른 뚜렷한 구배 나노기계적 거동을 나타냅니다. 따라서 치아불소증 법랑질의 수복 재료 선택 기준은 일반 치아 법랑질의 경우와 다르다. 서로 다른 층의 치아 불소증 법랑질을 수복하려면 나노기계 및 나노 마찰 특성이 일치하는 수복 재료를 선택해야 합니다.

치아불소증의 정상 및 비정상 에나멜 봉의 나노기계적 특성

심한 치아불소증 법랑질의 나노경도와 탄성계수는 외부층에서 내부층으로 갈수록 증가하였고 변위변화는 외부층에서 내부층으로 감소하였다. 심각한 치과 불소증 법랑질에서 관찰되는 나노경도 및 탄성 계수의 큰 표준 편차를 해결하기 위해 심층 분석이 후속적으로 수행되었습니다. 중증 치아불소증의 법랑질 외층과 중층은 법랑질의 특징에 따라 정상과 비정상 법랑질 두 가지로 나눌 수 있다(Fig. 7). 특정 법랑질 봉(즉, 심각한 치아 불소증의 정상적인 법랑 봉)은 완전한 것처럼 보이지만 느슨하게 배열된 결정 구조와 수많은 미세 기공을 나타냅니다(그림 7). 법랑질 봉의 또 다른 부분(즉, 심각한 치아 불소증에서 비정상적인 법랑 봉)은 수많은 구멍(그림 7의 흰색 원)이 특징입니다. 본 연구에서, 중증 치아불소증 법랑질의 외부 및 중간층은 특히 외부층에서 자연 치아 법랑질의 해당 층보다 낮은 나노경도 및 탄성 계수 및 높은 크리프 변형을 나타냈다. 심한 치아불소증 법랑질의 외층에서 정상 및 비정상 법랑봉은 낮은 나노경도와 탄성계수 및 높은 변위변화를 보였다. 대조적으로, 비정상적인 법랑 막대의 상응하는 특징은 더 컸다(그림 8). 연구에 따르면 치아 불소증의 중증도는 치아의 나노기계적 특성의 변화와 관련이 있습니다[22, 23]. 이 발견은 비정상적인 법랑 막대가 과도한 불소 원소에 의해 심각하게 영향을 받는다는 것을 나타냅니다. 심각한 치아 불소증에서 미세구조 변화와 열악한 나노기계적 및 나노마찰학적 특성이 관찰된다는 점을 감안할 때, 저작 중 지속적인 마모로 인한 수직 거리의 감소를 방지하기 위해 수복물이 종종 필요합니다.

치아불소증 법랑질 외층에 있는 정상 및 비정상 법랑 막대의 SEM 이미지. 미세구조는 30초 동안 37% 인산으로 에칭한 후 × 20,000 배율로 관찰됩니다. 녹색 화살표는 법랑질 막대 사이의 넓어진 간격을 나타내고 흰색 원은 모공을 나타냅니다. 빨간색 화살표는 에나멜 막대에 느슨하게 배열된 결정을 나타내며 결정 클리어런스와 미세 기공이 증가합니다.

중증 치아불소증의 정상 및 비정상 법랑질 봉의 나노역학적 특성. 아 중증 치아불소증의 외측 법랑질 SPM 영상에는 정상 법랑질 간상체, 비정상 법랑질 간상체, 간상 법랑질이 표시되어 있다. ㄴ 나노경도. ㄷ 탄성 계수. d 나노인덴테이션 크립 동작

치아 불소증의 임상적 수복을 위한 적절한 치과 재료

정상 치아, 경도 치아불소증, 중증 치아불소증의 외부층의 나노스크래치 깊이와 너비를 4가지 수복재의 나노스크래치 깊이와 너비와 비교하였다(Fig. 9). IPS e.max CAD가 가장 낮은 nanoscratch 깊이와 너비를 나타내는 반면, PICN(polymer-infiltrated-ceramic network)인 Vita Enamic은 정상적인 치아 법랑질의 바깥층과 유사한 나노 스크래치 깊이와 너비를 나타냈습니다. 복합 레진 블록 Lava™ Ultimate(LUV)의 nanoscratch 깊이와 너비는 경도 치아불소증 법랑질의 외층과 유사한 반면, nanoscratch 깊이와 너비는 기존 복합 레진 Fltek™ Z350XT(Z350)의 경우 더 높았습니다. 경도 치아불소증 법랑질의 외층보다 테스트한 샘플 중 심한 치아불소증 법랑질의 바깥층이 가장 큰 나노스크래치 깊이와 너비를 나타냈습니다.

정상 치아의 바깥쪽 법랑질에 있는 nanoscratch 흔적, 약한 치아 불소증, 중증 치아 불소증 및 4가지 수복 재료의 프로필. 정상 치아 법랑질(NTE), 경도 치아 불소증 법랑질(MFE), 중증 치아 불소증 법랑질(SFE), IPS e.max CAD(IPS), 고분자 침윤 세라믹 네트워크(PICN), Lava™ Ultimate(LVU) 및 Fltek™ Z350XT(Z350)

전치부의 치아불소증은 치아의 외관에 영향을 미치며, 구치부의 치아결손을 동반한 심각한 치아불소증은 저작에 부정적인 영향을 미친다[5]. 크라운, 인레이 또는 온레이와 같은 수복물은 종종 치아 불소증으로 손상된 치아를 수복하기 위해 필요합니다[6, 7]. 대합 치아 법랑질의 기계적 거동과 수복 재료의 기계적 거동을 일치시키는 것은 자연 치아 법랑질 또는 적용된 재료 자체의 과도한 마모를 방지하는 데 특히 중요합니다[8,9,10,11]. 세라믹은 높은 생체적합성과 자연 치아 법랑질과 유사한 심미성 때문에 수복 재료로 널리 사용됩니다[47]. 그러나 세라믹은 높은 내마모성을 나타내어 반대편 자연 치아 법랑질의 과도한 마모를 유발합니다[47, 48]. PICN 및 복합 수지 블록과 같이 내마모성이 낮은 재료가 세라믹의 대안으로 개발되었습니다[48, 49]. PICN은 정상적인 치아 법랑질의 외층과 유사한 내마모성을 나타냅니다. 따라서 대합 치아가 정상 치아일 때 PICN이 수복에 적합한 재료입니다. 그러나 수복이 필요한 치아불소증에서 반대쪽 치아는 가벼운 치아불소증을 나타낼 가능성이 있습니다. 이 경우 가벼운 치아불소증 법랑질과 유사한 나노마찰학적 특성을 가진 재료가 치아불소증을 회복하는 데 필요합니다. Z350과 같은 기존의 복합 수지는 경도 치아 불소증의 외층보다 낮은 내마모성을 나타냅니다. 이러한 특성은 수복 재료의 마모를 증가시킬 수 있습니다. LUV와 같은 복합 레진 블록은 고온, 고압에서 제조되며 기존 복합 레진보다 우수한 기계적 물성을 갖는다[50]. 본 연구에서 복합레진블록은 경도 치아불소증 법랑질의 외층과 유사한 내마모성을 보였다. 이러한 특성은 이 재료가 치아불소증의 수복재료로 사용하기에 적합함을 의미한다. 치과 불소증 법랑질의 나노기계적 거동이 수복 재료의 선택을 결정하므로 더 나은 임상 결과를 얻으려면 치과 불소증에 적절한 재료를 적용해야 합니다. 따라서 치아불소증 법랑질의 나노역학적 거동에 대한 추가 연구가 수행되어야 하며 새로운 수복 재료가 더욱 개발되어야 합니다.