Forskere bruger neutroner til at forsøge at udvikle sig bedre, mindre omkostningskrævende tandrestaureringer

Tænder beskadiget af traumer eller sygdom kræver behandling for at se og føles så gode som nye, men de genoprettende materialer, der er tilgængelige for tandlæger, holder ikke altid og kan være dyrt for patienterne.

Fernando Luis Esteban Florez, en assisterende professor ved University of Oklahoma Health Sciences Center, Tandlægehøjskolen, udfører forskning ved High Flux Isotope Reactor (HFIR) ved Department of Energy's (DOE's) Oak Ridge National Laboratory (ORNL) for at forsøge at ændre det.

Nuværende dentale biomaterialer har begrænsninger, ifølge Esteban Florez. Nye materialer vil ikke kun være i stand til at binde sig tættere til de emaljestrukturer, de er designet til at reparere, men også frastøde de bakterier, der angriber fyldninger og implantater.

"Faktisk, udskiftningen af ​​mislykkede restaureringer tegner sig for 70 % af tandlægernes stoletid til en årlig pris på 298 milliarder USD på verdensplan, " sagde Esteban Florez. "Vores fokus er at skabe smarte genoprettende dentale biomaterialer, der er billigere og ikke behøver at blive udskiftet hvert femte til syvende år."

Neutronspredningsforskning giver indsigt, der kan føre til udvikling af nye materialer til implantat-tandpleje, han sagde.

"Et tandimplantat kan koste så meget som $4, 500,- pr tand. Og det inkluderer ikke omkostningerne til reparationer, hvis proceduren mislykkes; derfor, at udvikle biokompatible polymer- eller keramikbaserede materialer til at erstatte disse metaller kan være til stor gavn for patienterne, " sagde han. "At skabe nye materialer, der er mere biokompatible med den menneskelige krop, ville være et stort aktiv for tandplejen, og neutroner kan være det perfekte værktøj til at vurdere potentielle materialer til dette formål."

Esteban Florez har allerede udført neutronspredningsforsøg på ORNL for at udforske overflademodifikation og funktionalisering af metaloxidnanopartikler i eksperimentelle dentale klæbeharpikser. Nanopartiklerne har langsigtede antibakterielle og bioaktive egenskaber. Nu, han vil se, om neutronspredning kan hjælpe ham til bedre at forstå præcis, hvordan forskellige genoprettende materialer interagerer med emalje, dentin, og kollagen i tænderne.

Specifikt, han brugte IMAGING-instrumentet på HFIR til at studere en lille samling af menneskelige tænder, der var blevet restaureret enten med et dental amalgam, eller en harpikskomposit. Disse materialer blev bundet til prøvetandstrukturerne ved hjælp af hans eksperimentelle dentale klæbeharpikser, som indeholder varierende koncentrationer af metaloxidnanopartikler.

Han arbejder nu sammen med Hassina Bilheux, senior neutron billeddannende videnskabsmand ved HFIR, til at rekonstruere sine data til tredimensionelle gengivelser, han kan bruge til at observere interaktionerne mellem genoprettende dentale biomaterialer og tandstrukturer.

"Neutrontomografi er en kraftfuld teknik til at udforske de indre aspekter af organiske materialer såsom biologiske væv. Disse prøver indeholder en stor mængde brint; og da neutroner er særligt følsomme over for brint, vi kan generere meget detaljerede billeder af deres mikrostrukturer, sagde Bilheux.

"Neutroner kan bruges til at sondere strukturer i organisk væv på en ikke-destruktiv måde og giver mig mulighed for at forstå, hvordan genoprettende dentale biomaterialer interagerer med hele tandsystemet, " sagde Esteban Florez.

Esteban Florez sagde, at hans forskning er fokuseret på udviklingen af ​​polymerbaserede genoprettende materialer med ikke-udvaskende og langsigtede antibakterielle og bioaktive egenskaber, der kan forbedres ved hjælp af synlig lysbestråling. Når først er fuldt udviklet, disse materialer har løftet om at dræbe gennemtrængende bakterier, binder sig naturligt til organiske og uorganiske komponenter i tænder, og guide væksten af ​​hydroxyapatit (byggestenene i knogler og tænder) for at forsegle tand/biomateriale-grænsefladen.

Hvis det lykkes, de vil øge holdbarheden af ​​nuværende polymer-baserede genoprettende materialer og reducere omkostningerne til oral sundhedspleje.

"Der er stadig meget forskning, der skal laves om dette emne, men vi håber på, at vores arbejde vil have en betydelig og positiv indvirkning på området for genoprettende tandpleje, " han sagde.