Tänder skadade av trauma eller sjukdom kräver behandling för att se ut och kännas lika bra som nya, men det återställande material som är tillgängligt för tandläkare håller inte alltid och kan bli kostsamt för patienterna.

Fernando Luis Esteban Florez, en biträdande professor vid University of Oklahoma Health Sciences Center, Tandläkarhögskolan, bedriver forskning vid High Flux Isotope Reactor (HFIR) vid Department of Energys (DOE:s) Oak Ridge National Laboratory (ORNL) för att försöka ändra på det.

Nuvarande dentala biomaterial har begränsningar, enligt Esteban Florez. Nya material kommer inte bara att kunna binda tätare till emaljstrukturerna de är designade för att reparera utan också stöta bort bakterierna som angriper fyllningar och implantat.

"Faktiskt, ersättningen av misslyckade restaureringar står för 70 % av tandläkarstolstiden till en årlig kostnad av 298 miljarder USD över hela världen, " sa Esteban Florez. "Vårt fokus är att skapa smarta restaurerande dentala biomaterial som är billigare och inte behöver bytas ut vart femte till sjunde år."

Neutronspridningsforskning ger insikter som kan leda till utvecklingen av nya material för implantat tandvård, han sa.

"Ett tandimplantat kan kosta så mycket som $4, 500:- per tand. Och det inkluderar inte kostnaden för reparationer om proceduren misslyckas; därför, att utveckla biokompatibla polymer- eller kerambaserade material för att ersätta dessa metaller skulle kunna vara till stor nytta för patienter, ", sa han. "Att skapa nya material som är mer biokompatibla med människokroppen skulle vara en stor tillgång för tandvården, och neutroner kan vara det perfekta verktyget för att bedöma potentiella material för detta ändamål."

Esteban Florez har redan utfört neutronspridningsexperiment vid ORNL för att utforska ytmodifiering och funktionalisering av metalloxidnanopartiklar i experimentella dentala limhartser. Nanopartiklarna har långvariga antibakteriella och bioaktiva egenskaper. Nu, han vill se om neutronspridning kan hjälpa honom att bättre förstå exakt hur olika reparativa material interagerar med emalj, dentin, och kollagen i tänderna.

Specifikt, han använde IMAGING-instrumentet vid HFIR för att studera en liten samling mänskliga tänder som hade återställts antingen med ett tandamalgam, eller en hartskomposit. Dessa material bands till provtandstrukturerna med hjälp av hans experimentella dentala limhartser, som innehåller olika koncentrationer av metalloxidnanopartiklar.

Han arbetar nu med Hassina Bilheux, senior neutronavbildningsforskare vid HFIR, för att rekonstruera sina data till tredimensionella renderingar kan han använda för att observera interaktionerna mellan restaurerande dentala biomaterial och tandstrukturer.

"Neutrontomografi är en kraftfull teknik för att utforska de inre aspekterna av organiska material som biologiska vävnader. Dessa prover innehåller en hel del väte; och eftersom neutroner är särskilt känsliga för väte, vi kan generera mycket detaljerade bilder av deras mikrostrukturer, sa Bilheux.

"Neutroner kan användas för att sondera strukturer i organiska vävnader på ett oförstörande sätt och låter mig förstå hur restaurerande dentala biomaterial interagerar med hela tandsystemet, sa Esteban Florez.

Esteban Florez sa att hans forskning är inriktad på utvecklingen av polymerbaserade restaureringsmaterial med icke-läckande och långsiktiga antibakteriella och bioaktiva egenskaper som kan förbättras med hjälp av synligt ljus. När väl utvecklad, dessa material lovar att döda genomträngande bakterier, binder sig naturligt till organiska och oorganiska komponenter i tänderna, och vägleda tillväxten av hydroxyapatit (byggstenarna i ben och tänder) för att täta gränssnittet mellan tand och biomaterial.

Om det lyckas, de kommer att öka hållbarheten hos nuvarande polymerbaserade restaureringsmaterial och minska kostnaderna för munhälsovård.

"Det återstår fortfarande en hel del forskning om detta ämne, men vi hoppas att vårt arbete kommer att ha en betydande och positiv inverkan på området reparativ tandvård, " han sa.