ATR-FTIR and raman imaging to study permanent and primary teeth from different places and ages

Alebrahim, Mohammad Anwar GND

Zähne sind aus folgenden Schichten aufgebaut: Zahnschmelz, Zahnbein (Dentin), Zahnmark (Pulpa) und Zahnzement (Cementum). Der Zahnschmelz besteht zu 95% aus Hydroxylapatit, einem kristallinen Mineral, dessen Hauptbestandteile Calcium und Phosphat sind. Das unter dem Schmelz liegende Zahnbein enthält nur zwei Drittel kristallines Mineral. Da der Rest aus einer eiweißhaltigen Matrix – überwiegend dem Strukturprotein Collagen Typ 1 – und Wasser besteht, ist Dentin weicher als der Zahnschmelz. Es ist wohlbekannt, dass Karies schneller in Milchzähnen von Kindern als Zähnen von Erwachsenen fortschreitet. Dies steht mit großer Wahrscheinlichkeit mit dem unterschiedlichen Aufbau und Struktur im Zusammenhang, da Erwachsenenzähne mehr mineralisiert sind als Milchzähne. Diese unterschiedlichen Eigenschaften spielen insbesondere eine Rolle in der Zahnheilkunde wie der Behandlung von Karies in Milchzähnen. Infrarot- (IR-) und Raman-Spektroskopie sind nicht destruktive und markerfreie schwingungsspektroskopische Methoden, die chemische und molekulare Analysen von mineralisierten Geweben wie Knochen und Zähne ermöglichen. Aufgrund von verschiedenen physikalischen Auswahlregeln von IR- und Raman-Spektroskopie unterscheiden sich Bandenintensitäten und Bandenbreiten und verschiedene spektrale Merkmale werden für die gleichen Eigenschaften herangezogen. Das Mineral zu Matrix Verhältnis kann bestimmt werden aus der intensivsten Bande von Hydroxylapatit, die in IR-Spektren um 1010 cm-1 und in Raman-Spektren um 960 cm-1 zentriert ist, und der intensivsten Protein-Bande bei 1660 cm-1. Bandendekonvolution wird angewendet, um überlappende Unterbanden in IR-Spektren zu trennen. Intensitätsverhältnisse einer IR-Bande bei 1415 cm-1 und eine Unterbande bei 1030 cm-1 werden für das Carbonat zu Phosphat Verhältnis berechnet, IR-Unterbandenverhältnisse bei 1660 und 1690 cm-1 für die Collagenquervernetzung und IR-Unterbandenverhältnisse bei 1030 und 1020 cm-1 für die Kristallinität von Hydroxylapatit. Die Substitution von Hydroxylgruppen in Hydroxylapatit durch Carbonate ergibt A, A2 und B-Typ genannte Geometrien, die durch IR- Banden bei 878, 860 und 871 cm-1 repräsentiert werden. Intensitätsverhältnisse von Raman-Banden bei 1070 und 960 cm-1 werden für das Carbonat zu Phosphat Verhältnis berechnet, Raman-Unterbanden bei 1660 und 1690 cm-1 für die Collagenquervernetzung und der Halbwertsbreite der Raman-Bande bei 960 cm-1 für die Kristallinität von Hydroxylapatit. Die Mehrzahl der IR- und Raman-Untersuchungen im Zusammenhang mit Zähnen sind für die Dentin-Adhesiv-Composite Verbindung von Zahnersatz durchgeführt worden. Nur wenige IR- und Raman-Studien existieren bisher für Milchzähne und deren Vergleich mit Erwachsenenzähnen. Die Ziele der vorliegenden Arbeit sind deshalb, zum ersten Mal die oben genannten schwingungsspektroskopischen Parameter für die chemischen und molekularen Eigenschaften von Milch- und Erwachsenenzähnen zu bestimmen. Dabei werden sowohl IR- als auch Raman-Merkmale analysiert, um die spektralen Ergebnisse jeweils zu bestätigen. Schwingungsspektroskopische Images wurden aufgenommen, um die spektralen und lateralen Informationen zu kombinieren. Die Spektren jedes Image wurden gemittelt, um Variationen innerhalb einer Probe zu kompensieren. Während aktuelle Proben aus der Türkei und Deutschland präpariert wurden, sind ebenfalls archäologische Proben aus Jordanien analysiert worden. Systematische Abweichungen zwischen Dentin und Zahnschmelz verschiedener Herkunft und Alter werden diskutiert.

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Alebrahim, Mohammad Anwar: ATR-FTIR and raman imaging to study permanent and primary teeth from different places and ages. 2013.

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