NANOTEHNOLOGIA UTILIZATĂ ÎN OBȚINEREA PRIMULUI FILM FLEXIBIL DE HIDROXIAPATITĂ DIN ROMÂNIA

Autorul Articolului: Prof.dr. Lucia Biolan

Liceul Teoretic “Vasile Alecsandri”,  Iași

Ablația laser reprezintă procesul de îndepărtare a materiei dintr-un corp solid (sau lichid, ocazional) prin iradiere cu un fascicul laser. Plasmele induse laser sunt utilizate într-o gamă largă de aplicații tehnologice, de la știința materialelor până la aplicații analitice. În cazul anumitor tehnici cum ar fi PLD (Pulsed Laser Deposition) plasma acționează ca sursă de material ce trebuie depus pe suprafața unor substraturi într-un proces de producere a filmelor subțiri. Folosind un laser în regim de nanosecunde Nd:YAG a fost studiată evoluția plasmelor tranzitorii produse prin ablație laser pe dinți umani și pastile solide de hidroxiapatită. Scopul a fost de a găsi metode optime de îmbunătățire a calității biomaterialelor stomatologice. Cercetările au fost realizate în Franța la Universitatea Lille1 dar și în România, la Facultatea de Fizică de la Universitatea Alexandru Ioan Cuza din Iași.

Astfel a fost obținut primul film flexibil de hidroxiapatită/smalț din România și Franța, care prezintă un interes deosebit în aplicații medicale, în special în restaurari dentare sau fațetări.  Plasturele dentar obținut prezintă o rezistență înaltă și o bună flexibilitate, acesta având rol de protecție a dinților în cazul restaurărilor,putând fi folosit și în cosmetică dentară, la fațetări atunci când este îmbunătățit cu nanoparticule foarte albe.

Evoluția temporală a plasmei produsă în urma iradierii se observă în imaginile de mai jos:

  Figura 1: a) Plasmă dinte; b) Dinte după ablație; c) Hidroxiapatită după ablație

Imaginile obținute după ablația laser a HA au arătat prezența a două componente emisive în pluma de plasmă la începutul procesului de expansiune. Imaginile plasmei au fost fotografiate în single shot mode cu o camera ICCD (Intensite Charge Coupled Device) plasată  la ieșirea unui monocromator, iar prelucrarea imaginilor a fost realizată cu ajutorul programului WinSpec/32. Compoziția fiecărei structuri a fost identficată prin OES (Optical Emission Spectroscopy)  rezolvată temporal și spațial. Prima structură este formată din ioni și datorată unui mecanism coulombian,  iar cea de-a doua structură este generată de un mecanism termic caracteristic ablației laser în ns si datorată neutrilor cu viteze mai mici. Cele două stucturi depind de fluența laserului ( f= E/S). OES permite studiul individual al speciilor prezente în plasmă, constatând o creștere a vitezelor speciilor funcție de gradul de ionizare. Prin analiza OES au fost stabilite speciile atomice prezente în dinte la nivel de smalț, dentină și apoi în HA observând că emisia este dominată de Ca I, Ca II, prezente fiind și specii ca O II, H I și contaminanți ca Na I (dublet de sodiu), Na II, Si III, Mg III.

Filmul de HA din figura 3 a fost investigat Raman pentru a i se verifica gradul de cristalizare .S-a constatat ca pentru un rezultat optim ar trebui sa aiba o grosime de 0,004 mm.

Noutatea acestui film flexibil de hidroxiapatită este că s-a obținut o structură flexibilă dintr-un țesut dur. Cu acest film se poate astfel rezolva acoperirea dentinei expuse rezolvând hiperestezia dentară din retracțiile gingivale.

Ținând cont de structura de HA și de analiza AFM (Atomic Force Microscopy) a smalțului am realizat o metodă de lipire a plasturelui de HA pe dinte, astfel:

Figura 4: Imagini AFM smalț

a) suprafață smalț după gravaj acid;       

b) imagine AFM, smalț după gravaj acid;

Lipirea a fost realizată după  un gravaj acid cu acid orto-fosforic 37%, timp de 20 de secunde,  după care s-a aplicat o rășină autoadezivă Filtek Supreme XT 3M-ESPE  fotopolimerizată timp de 40 de secunde.

Concluzia a fost că acest plasture aderă foarte greu la suprafața dintelui iar cercetarea va continua privind modalitățile de aderență, în special în mediu natural . Rezultatele experimentale prezentate relevă contribuții importante la găsirea unor metode fizice optime de îmbunătățire a calității biomaterialelor stomatologice plecând de la studiul evoluției plasmei tranzitorii produsă prin ablație laser. S-a urmărit optimizarea depunerii de straturi subțiri prin PLD, respectiv film flexibil de HA, adică un plasture dentar cu rezistență înaltă, cu rol de protecție a dinților, de eliminare a sensibilității dentare dar și cu posibilitatea de albire pentru utilizarea în cosmetică dentară.