Orientador: Carlos Henrique de Brito Cruz / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-07-18T11:37:10Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Triques_AdrianaLuciaCerri_M.pdf: 1732314 bytes, checksum: 09e6e49f9b71fca15539363165d3b507 (MD5) Previous issue date: 1992 / Resumo: O trabalho consiste na construção de um sistema para a amplificação da energia dos pulsos produzidos por um "Colliding Pulse Mode-Mocked Dye Laser" (CPM), e um sistema para a sua compressão temporal. Os pulsos produzidos pelo CPM apresentam duração de 50 fs, largura de linha de 8 nm e energia de 100 pJ. O resultado da amplificação são pulsos com 2 mJ de energia. O sistema compressor se utiliza desses pulsos amplificados para produzir pulsos com largura espectral de 70 nm e duração de 12 fs. O sistema amplificador consiste na passagem dos pulsos laser a serem amplificados por uma cela do corante Sulforhodamina 640, com 3 mm de espessura, que é bombeada por um laser de vapor de Cobre. No total são seis passagens do pulso do laser CPM pelo meio amplificador. A energia do pulso é amplificada por 2 x 104 vezes, e desta forma obtemos pulsos com energia de 2 mJ a uma taxa de 5 kHz. A compressão temporal é realizada em duas etapas. Na primeira, utilizamos 15% da energia dos pulsos amplificados para gerar automodulação de fase numa fibra óptica monomodo e alargar o espectro de freqüências dos pulsos por um fator 8. Obtemos, desta forma, pulsos com um espectro contínuo estendendo-se de 550 nm a 720 nm, com 70 nm de largura à meia altura. Na segunda etapa, os pulsos com espectro contínuo são enviados a um sistema composto por um par de grades de difração na configuração de Littrow, para a compensação das distorções de fase introduzi das pelo sistema de alargamento espectral. Os pulsos resultantes possuem uma duração de 12 fs e largura espectral de 70 nm / Abstract: This thesis describes the construction and operation of a femtosecond optical pulse amplifier and compressor system. The short pulses are generated by a Colliding Pulse Mode-Locked Dye Laser and have a duration of 50 fs at a repetition rate of 100 MHz. The amplifier uses a multipass configuration and is pumped by a Copper vapor laser. The amplified pulses have 2 mJ and run at 5 kHz. Pulse compression is achieved using a short lenght of optical fiber to broaden the spectral width of the amplified pulses, followed by a dispersive delay line composed by a pair of diffraction gratings. The shortest pulses obtained sofar have 12 fs and will be used in time resolved studies in condensed matter / Mestrado / Física / Mestre em Física

O laser de alta intensidade é aceito atualmente como um instrumento satisfatório para remoção seletiva e precisa dos tecidos dentais cariados. Se corretamente usado, os lasers minimizam a perda de tecido sadio além de promoverem conforto aos pacientes. O conhecimento dos aspectos básicos da ablação a laser de tecidos dentais e materiais odontológicos pode conduzir ao desenvolvimento de um protocolo de parâmetros que possam permitir a remoção seletiva de tecidos cariados e resinas insatisfatórias preservando o tecido dental sadio. Os lasers de Nd:YAG, no regime de picossegundos, não estão ainda disponíveis para uso clínico odontológico. Sendo assim, estudos que permitam o máximo de informações relacionadas a esse sistema e ao órgão dental são bem-vindos, para estabelecer normas e parâmetros seguros para sua utilização, num futuro breve, na prática clínica. Três experimentos empregando o laser de Nd:YAG no regime de picossegundos foram executados: o mapeamento térmico, análise micromorfológica e cálculo da taxa de ablação, todos no nível de esmalte e de dentina, considerando como elementos-alvo, os dentes decíduos. O estudo de mapeamento térmico pôde determinar regiões de operação nas quais não ocorre um aquecimento deletério à polpa dental de dentes decíduos. Com relação aos aspectos micromorfológicos provenientes da interação laser-tecido de dentes decíduos, podemos observar os efeitos colaterais no nível de esmalte mais acentuados do que no nível da dentina. Enquanto a taxa de profundidade de penetração em dentina parece crescer com o progresso do tempo, para o esmalte o comportamento é oposto. O volume ablacionado de forma geral é mais alto em dentina quando comparado ao esmalte, o que resulta em uma taxa de ablação mais alta também. Com relação a remoção de tecidos cariados, o laser de Er:YAG já tem se mostrado como um instrumento seguro e muito eficiente, porém não se trata do único procedimento corriqueiramente realizado na clínica: a remoção ou modificação total ou parcial de restaurações de resinas compostas já polimerizadas tem se tornado uma das práticas mais executadas no dia-a-dia. Sendo assim, empregar esse laser com esse propósito inicia um estudo necessário para conhecermos os aspectos básicos resultantes da ablação a laser das resinas compostas. Os dois últimos experimentos, aqui apresentados, propuseram investigar a taxa de ablação e os aspectos micromorfológicos da ablação com o laser de Er:YAG dos tecidos duros dentais normalmente mais envolvidos em Dentística Restauradora, esmalte e dentina, provenientes tanto de dentes decíduos quanto de permanentes, e também de resinas compostas restauradoras fotopolimerizávies de três tipos: microparticulada, híbrida e compactável. Diferentes condições de trabalho foram utilizadas para analisar a real influência da ablação em resinas compostas com laser de Er:YAG: diferentes energias por pulso (100, 200, 300 e 400mJ) e tempos de imersão em água (zero, 4 e 7 dias). E os resultados nos permitiram concluir que o nível de energia por pulso foi o único fator que de fato pode influenciar a taxa de ablação. O tempo de imersão em água não influenciou de forma estatisticamente significante a taxa de ablação das resinas e os aspectos micromorfológicos resultantes se mostraram dependentes do tipo de estrutura e composição química diferente em cada resina composta aqui escolhida para ser estudada, bem como dos tecidos duros demais. Para finalizar, cruzando os dados obtidos nos dois últimos experimentos empregando o laser de Er:YAG, foi-nos possível encontrar parâmetros para uma ablação que, de fato, possa ser diferencial e seletiva para remoção exclusiva das resinas compostas. A técnica proposta parece ser muito satisfatória para o tecido esmalte, tanto para dentes decíduos quanto para dentes permanentes, enquanto que ainda para dentina não foi possível estabelecer parâmetros. Porém, investigando e entendendo os mecanismos envolvidos, um novo dado foi encontrado com relação a ablação a laser desses compósitos: a água parece não ser a mediadora na ablação pelo laser de Er:YAG, talvez então, esse achado possa agora contribuir para refinar os parâmetros seletivos, considerar o fator característica óptica do tecido-alvo e condições de irradiação, tais como, focalização e diâmetro do feixe laser e presença e quantidade de água no \"spray\", para esmalte e estabelecer aqueles para a dentina, tanto em relação aos dentes decíduos quanto aos permanentes. O objetivo principal foi alcançado, mostrando a viabilidade em preservar ainda mais estruturas de tecidos duros dentais sadios, tratando-os, de fato, e empregando instrumentos que interagem de formas diferenciadas, mostrando uma capacidade em identificar, segundo parâmetros aqui estabelecidos, o material que deva ser removido ou modificado sem resultar em danos colaterais prejudiciais ao órgão dental, e aos tecidos sadios que devem ser sempre conservados íntegros no meio bucal. / Laser is now established as a suitable tool for the selective and precise removal of carious dental tissue. If correctly used, lasers minimize the losses of healthy tissue besides the comfort that it ean promote to patients. The knowledge of basic aspects of laser ablation of dental tissues and materials can lead to the development of a set of parameters that may allow selective removable of deeayed tissues and dissatisfaetory resin preserving healthy dental tissue. Nd:YAG lasers in picosecond regime are not available to dentistry clinical uses yet. Because of that, studies able to allow much information related with this laser system and dental organ are welcome. It could establish safe parameters and rules to its utilization in a brief future in a clinical practice. Three experiments employing Nd: YAG picosecond pulsed laser were executed: thermal map out, micromorphological analysis and ablation rate calculation, all of them considering enamel and dentin, as target-tissues, and, from primary teeth. Thermal map out study resulted in safety operative regions where there are not detrimental heating to dental pulp of primary teeth. Considering micromorphological aspeets as result of laser-tissue interaction in primary teeth, we could observe that collateral damage at the level of enamel more evident than in dentin. While the rate of penetration depth in dentin seems to scale up as the time progress, for enamel the behavior is the opposite. The overall ablated volume is higher in dentin when compared to enamel, which results in a higher ablated rate as well. With relation to decayed tissues, Er: YAG laser has been well established as an efficient and safety tool, however it is not an unique common clinical procedure everyday in offices, total or partial removal or modification of composite resins restorations have became one clinical practice priority. In this manner, to employ this laser system to this proposal seems adequate and starts a necessary research to understand the basic features of laser ablation of composite resin. The last two experiments, presented here, have purposed to investigate ablation rate and micromorphological aspects when dental hard tissues, enamel and dentin, from primary and permanent teeth, are irradiated by Er: YAG laser, besides, photo curable restorative composite resins of three kind of type were irradiated toa: microfiller, hybrid and condensable. Different conditions of work were used to evaluate the real influence of composite resins ablation with Er:YAG laser under different energies per pulse (100, 200, 300 and 400mJ) and immersion time in distilled water (zero, 4 and 7 days). The results allowed concluding that the unique variable factor able to influence statistically the ablation rate of composite was the energy per pulse. The immersion time in water did not influence statistically the ablation rate of resins and the resulted micromorphological aspects showed a dependence considering structure type and chemical composition; they are different to each kind of choose composite studied here, it seems occur even with dental hard tissues. To conclude, combining obtained data from the two cited above experiments with Er:YAG laser, it was possible found parameters to result in a differential and selective ablation, removing exclusively composite resins. The proposed technique seems to be much adequate, however while this idea seems to apply well for enamel of primary and pennanent teeth at the present stage it does not apply well for primary or pennanent dentin. For dentin, the composition and content of water makes the Er: YAG laser ablation equal as superior in rate compared in the three used resins. After understanding the resulted interactions between lasers and substrates, there is an interesting suggestion to search for a more convenient laser system to ablate composite resin. Also, the overall shape of ablation rate indicates that the water flux may well be an important variable to be investigating on the ablation rates. Maybe, like this, this finding could contribute to refine the selective parameters to prevent the useless ablation of enamel and dentin from primary and permanent teeth.

O laser de alta intensidade é aceito atualmente como um instrumento satisfatório para remoção seletiva e precisa dos tecidos dentais cariados. Se corretamente usado, os lasers minimizam a perda de tecido sadio além de promoverem conforto aos pacientes. O conhecimento dos aspectos básicos da ablação a laser de tecidos dentais e materiais odontológicos pode conduzir ao desenvolvimento de um protocolo de parâmetros que possam permitir a remoção seletiva de tecidos cariados e resinas insatisfatórias preservando o tecido dental sadio. Os lasers de Nd:YAG, no regime de picossegundos, não estão ainda disponíveis para uso clínico odontológico. Sendo assim, estudos que permitam o máximo de informações relacionadas a esse sistema e ao órgão dental são bem-vindos, para estabelecer normas e parâmetros seguros para sua utilização, num futuro breve, na prática clínica. Três experimentos empregando o laser de Nd:YAG no regime de picossegundos foram executados: o mapeamento térmico, análise micromorfológica e cálculo da taxa de ablação, todos no nível de esmalte e de dentina, considerando como elementos-alvo, os dentes decíduos. O estudo de mapeamento térmico pôde determinar regiões de operação nas quais não ocorre um aquecimento deletério à polpa dental de dentes decíduos. Com relação aos aspectos micromorfológicos provenientes da interação laser-tecido de dentes decíduos, podemos observar os efeitos colaterais no nível de esmalte mais acentuados do que no nível da dentina. Enquanto a taxa de profundidade de penetração em dentina parece crescer com o progresso do tempo, para o esmalte o comportamento é oposto. O volume ablacionado de forma geral é mais alto em dentina quando comparado ao esmalte, o que resulta em uma taxa de ablação mais alta também. Com relação a remoção de tecidos cariados, o laser de Er:YAG já tem se mostrado como um instrumento seguro e muito eficiente, porém não se trata do único procedimento corriqueiramente realizado na clínica: a remoção ou modificação total ou parcial de restaurações de resinas compostas já polimerizadas tem se tornado uma das práticas mais executadas no dia-a-dia. Sendo assim, empregar esse laser com esse propósito inicia um estudo necessário para conhecermos os aspectos básicos resultantes da ablação a laser das resinas compostas. Os dois últimos experimentos, aqui apresentados, propuseram investigar a taxa de ablação e os aspectos micromorfológicos da ablação com o laser de Er:YAG dos tecidos duros dentais normalmente mais envolvidos em Dentística Restauradora, esmalte e dentina, provenientes tanto de dentes decíduos quanto de permanentes, e também de resinas compostas restauradoras fotopolimerizávies de três tipos: microparticulada, híbrida e compactável. Diferentes condições de trabalho foram utilizadas para analisar a real influência da ablação em resinas compostas com laser de Er:YAG: diferentes energias por pulso (100, 200, 300 e 400mJ) e tempos de imersão em água (zero, 4 e 7 dias). E os resultados nos permitiram concluir que o nível de energia por pulso foi o único fator que de fato pode influenciar a taxa de ablação. O tempo de imersão em água não influenciou de forma estatisticamente significante a taxa de ablação das resinas e os aspectos micromorfológicos resultantes se mostraram dependentes do tipo de estrutura e composição química diferente em cada resina composta aqui escolhida para ser estudada, bem como dos tecidos duros demais. Para finalizar, cruzando os dados obtidos nos dois últimos experimentos empregando o laser de Er:YAG, foi-nos possível encontrar parâmetros para uma ablação que, de fato, possa ser diferencial e seletiva para remoção exclusiva das resinas compostas. A técnica proposta parece ser muito satisfatória para o tecido esmalte, tanto para dentes decíduos quanto para dentes permanentes, enquanto que ainda para dentina não foi possível estabelecer parâmetros. Porém, investigando e entendendo os mecanismos envolvidos, um novo dado foi encontrado com relação a ablação a laser desses compósitos: a água parece não ser a mediadora na ablação pelo laser de Er:YAG, talvez então, esse achado possa agora contribuir para refinar os parâmetros seletivos, considerar o fator característica óptica do tecido-alvo e condições de irradiação, tais como, focalização e diâmetro do feixe laser e presença e quantidade de água no \"spray\", para esmalte e estabelecer aqueles para a dentina, tanto em relação aos dentes decíduos quanto aos permanentes. O objetivo principal foi alcançado, mostrando a viabilidade em preservar ainda mais estruturas de tecidos duros dentais sadios, tratando-os, de fato, e empregando instrumentos que interagem de formas diferenciadas, mostrando uma capacidade em identificar, segundo parâmetros aqui estabelecidos, o material que deva ser removido ou modificado sem resultar em danos colaterais prejudiciais ao órgão dental, e aos tecidos sadios que devem ser sempre conservados íntegros no meio bucal. / Laser is now established as a suitable tool for the selective and precise removal of carious dental tissue. If correctly used, lasers minimize the losses of healthy tissue besides the comfort that it ean promote to patients. The knowledge of basic aspects of laser ablation of dental tissues and materials can lead to the development of a set of parameters that may allow selective removable of deeayed tissues and dissatisfaetory resin preserving healthy dental tissue. Nd:YAG lasers in picosecond regime are not available to dentistry clinical uses yet. Because of that, studies able to allow much information related with this laser system and dental organ are welcome. It could establish safe parameters and rules to its utilization in a brief future in a clinical practice. Three experiments employing Nd: YAG picosecond pulsed laser were executed: thermal map out, micromorphological analysis and ablation rate calculation, all of them considering enamel and dentin, as target-tissues, and, from primary teeth. Thermal map out study resulted in safety operative regions where there are not detrimental heating to dental pulp of primary teeth. Considering micromorphological aspeets as result of laser-tissue interaction in primary teeth, we could observe that collateral damage at the level of enamel more evident than in dentin. While the rate of penetration depth in dentin seems to scale up as the time progress, for enamel the behavior is the opposite. The overall ablated volume is higher in dentin when compared to enamel, which results in a higher ablated rate as well. With relation to decayed tissues, Er: YAG laser has been well established as an efficient and safety tool, however it is not an unique common clinical procedure everyday in offices, total or partial removal or modification of composite resins restorations have became one clinical practice priority. In this manner, to employ this laser system to this proposal seems adequate and starts a necessary research to understand the basic features of laser ablation of composite resin. The last two experiments, presented here, have purposed to investigate ablation rate and micromorphological aspects when dental hard tissues, enamel and dentin, from primary and permanent teeth, are irradiated by Er: YAG laser, besides, photo curable restorative composite resins of three kind of type were irradiated toa: microfiller, hybrid and condensable. Different conditions of work were used to evaluate the real influence of composite resins ablation with Er:YAG laser under different energies per pulse (100, 200, 300 and 400mJ) and immersion time in distilled water (zero, 4 and 7 days). The results allowed concluding that the unique variable factor able to influence statistically the ablation rate of composite was the energy per pulse. The immersion time in water did not influence statistically the ablation rate of resins and the resulted micromorphological aspects showed a dependence considering structure type and chemical composition; they are different to each kind of choose composite studied here, it seems occur even with dental hard tissues. To conclude, combining obtained data from the two cited above experiments with Er:YAG laser, it was possible found parameters to result in a differential and selective ablation, removing exclusively composite resins. The proposed technique seems to be much adequate, however while this idea seems to apply well for enamel of primary and pennanent teeth at the present stage it does not apply well for primary or pennanent dentin. For dentin, the composition and content of water makes the Er: YAG laser ablation equal as superior in rate compared in the three used resins. After understanding the resulted interactions between lasers and substrates, there is an interesting suggestion to search for a more convenient laser system to ablate composite resin. Also, the overall shape of ablation rate indicates that the water flux may well be an important variable to be investigating on the ablation rates. Maybe, like this, this finding could contribute to refine the selective parameters to prevent the useless ablation of enamel and dentin from primary and permanent teeth.

Vários experimentos têm demonstrado que pulsos ultra curtos no domínio de subpicossegundos promovem uma combinação de efeitos termomecânicos que superam algumas das objeções ao uso de um laser como instrumento removedor. Usando os parâmetros apropriados de operação, lasers com pulsos ultra curtos podem se comportar melhor do que instrumentos convencionais, incluindo alguns dos lasers pulsados comercialmente já disponíveis na Odontologia. A exploração e otimização nos parâmetros dos lasers disponíveis podem promover a remoção de certas objeções ao amplo uso dos lasers. O uso de lasers de pulsos ultra-curtos para ablação de dentes previne o superaquecimento e é uma alternativa para a remoção mecânica de material; além de minimizar o volume desse material removido. Através de estudos morfológicos e químicos, são apresentadas as características de interação laser pulsado - tecido duro dental, com relação a sua largura de pulso - nano ou picossegundos. O objetivo principal é dar início a um novo sistema para ablação de esmalte e dentina humanos: o laser de Nd:YAG no regime de picossegundos. A eficiência da ablação com laser através de um regime de picossegundos minimiza a destruição do material adjacente devido a formação de plasma e ataque. Isso previne a geração excessiva de ondas de choque e promove uma considerável diminuição nos efeitos mecânicos. A diminuição das ondas de choque provavelmente também poderá reduzir a vibração e conseqüentemente a sensação de dor, se aplicado clinicamente. Apesar da baixa taxa de ablação, os resultados mostram a real possibilidade para usar um sistema laser comercial relativamente simples para pulsos em picossegundos que poderia promover a Dentística Operatória Puntual e Seletiva, em outras palavras, seria possível tratar apenas o tecido alterado com seletividade e sem remover tecido sadio ou mesmo promover danos aos tecidos ao redor. Na maioria dos experimentos aqui apresentados, o laser de pulso ultra-curtos apresentou aumento na proporção Ca/P, melhorando a resistência química da superfície irradiada. Além disso, os cortes precisos resultam em superfícies mais lisas, que é importante para prevenir a colonização do biofilme. Outros estudos in vitro são necessários, mudando os parâmetros de energia e simulando situações clínicas para propor o uso efetivo desse sistema in vivo, mas, de fato, o sistema laser em picossegundos pode melhorar a qualidade da Dentística Operatória num futuro breve. / In several already demonstrated experiments, ultrashort laser pulses on the subpicosecond range have been shown to produce a strong thermo-mechanical effect, in several different situations. Even been out side dentistry, the general aspects of subpicosecond pulses interaction with matter are of broad applications on can be used as general references. This strong thermo-mechanical effect has created objections toward the use of such lasers as a material removal too1. On the other hand, using the appropriated parameters of operation, ultra short laser pulses of subnanosecond duration could present better performance than conventional lasers operating at nanosecond regime in several aspects. Through chemical and morphological studies, they are presented the main features from interaction between pulsed laser and dental hard tissue, considering pulse width - nano or picosecond pulse. The main objective is starting to use a new system to ablate human enamel and dentin: Nd:YAG picosecond laser system. Efficient laser ablation in the picosecond regime minimizes destruction of adjacent material due to a plasma formation and etching. This avoids an excessive generation of shock waves and promotes a considerable decrease in mechanical effects. The decreasing of shock waves also reduces vibration and consequently the sensation of pain, if clinically used. Despite the small ablation rate, our results show the real possibility to use a relative simple commercial laser system for picosecond pulses to be use effectively in Dentistry. The real clinical use of a picosecond laser system could promote the Punctual and Selective Operative Dentistry, in other words, we could treat just the decayed tissue with selectivity without remove sound tissue or even promote damage to tissues around. Besides, the precise cuts maybe give us a smoother surface, which is important to prevent biofilm colonization. We need to evaluate more in vitro studies, changing parameters and simulating clinical situations to propose the effective use of this system in vivo, but in fact, we believe that the picosecond laser system can improve the quality of Operative Dentistry in a brief future.

Vários experimentos têm demonstrado que pulsos ultra curtos no domínio de subpicossegundos promovem uma combinação de efeitos termomecânicos que superam algumas das objeções ao uso de um laser como instrumento removedor. Usando os parâmetros apropriados de operação, lasers com pulsos ultra curtos podem se comportar melhor do que instrumentos convencionais, incluindo alguns dos lasers pulsados comercialmente já disponíveis na Odontologia. A exploração e otimização nos parâmetros dos lasers disponíveis podem promover a remoção de certas objeções ao amplo uso dos lasers. O uso de lasers de pulsos ultra-curtos para ablação de dentes previne o superaquecimento e é uma alternativa para a remoção mecânica de material; além de minimizar o volume desse material removido. Através de estudos morfológicos e químicos, são apresentadas as características de interação laser pulsado - tecido duro dental, com relação a sua largura de pulso - nano ou picossegundos. O objetivo principal é dar início a um novo sistema para ablação de esmalte e dentina humanos: o laser de Nd:YAG no regime de picossegundos. A eficiência da ablação com laser através de um regime de picossegundos minimiza a destruição do material adjacente devido a formação de plasma e ataque. Isso previne a geração excessiva de ondas de choque e promove uma considerável diminuição nos efeitos mecânicos. A diminuição das ondas de choque provavelmente também poderá reduzir a vibração e conseqüentemente a sensação de dor, se aplicado clinicamente. Apesar da baixa taxa de ablação, os resultados mostram a real possibilidade para usar um sistema laser comercial relativamente simples para pulsos em picossegundos que poderia promover a Dentística Operatória Puntual e Seletiva, em outras palavras, seria possível tratar apenas o tecido alterado com seletividade e sem remover tecido sadio ou mesmo promover danos aos tecidos ao redor. Na maioria dos experimentos aqui apresentados, o laser de pulso ultra-curtos apresentou aumento na proporção Ca/P, melhorando a resistência química da superfície irradiada. Além disso, os cortes precisos resultam em superfícies mais lisas, que é importante para prevenir a colonização do biofilme. Outros estudos in vitro são necessários, mudando os parâmetros de energia e simulando situações clínicas para propor o uso efetivo desse sistema in vivo, mas, de fato, o sistema laser em picossegundos pode melhorar a qualidade da Dentística Operatória num futuro breve. / In several already demonstrated experiments, ultrashort laser pulses on the subpicosecond range have been shown to produce a strong thermo-mechanical effect, in several different situations. Even been out side dentistry, the general aspects of subpicosecond pulses interaction with matter are of broad applications on can be used as general references. This strong thermo-mechanical effect has created objections toward the use of such lasers as a material removal too1. On the other hand, using the appropriated parameters of operation, ultra short laser pulses of subnanosecond duration could present better performance than conventional lasers operating at nanosecond regime in several aspects. Through chemical and morphological studies, they are presented the main features from interaction between pulsed laser and dental hard tissue, considering pulse width - nano or picosecond pulse. The main objective is starting to use a new system to ablate human enamel and dentin: Nd:YAG picosecond laser system. Efficient laser ablation in the picosecond regime minimizes destruction of adjacent material due to a plasma formation and etching. This avoids an excessive generation of shock waves and promotes a considerable decrease in mechanical effects. The decreasing of shock waves also reduces vibration and consequently the sensation of pain, if clinically used. Despite the small ablation rate, our results show the real possibility to use a relative simple commercial laser system for picosecond pulses to be use effectively in Dentistry. The real clinical use of a picosecond laser system could promote the Punctual and Selective Operative Dentistry, in other words, we could treat just the decayed tissue with selectivity without remove sound tissue or even promote damage to tissues around. Besides, the precise cuts maybe give us a smoother surface, which is important to prevent biofilm colonization. We need to evaluate more in vitro studies, changing parameters and simulating clinical situations to propose the effective use of this system in vivo, but in fact, we believe that the picosecond laser system can improve the quality of Operative Dentistry in a brief future.

O desenvolvimento da Odontologia Restauradora culminou com a era das restaurações estéticas adesivas e da intervenção minimamente invasiva, para as quais técnicas inovadoras e materiais de última geração vêm sendo constantemente introduzidos. As técnicas conservadoras visam não somente a remoção do substrato dental cariado, mas também o preparo das paredes da cavidade para a realização da restauração adesiva. Este estudo visou avaliar a possibilidade de introdução dos lasers de pulsos ultracurtos na Odontologia Restauradora, com o intuito de suprir os requisitos básicos para a realização de uma restauração conservadora adequada. A intenção foi de manter os benefícios já conhecidos relacionados à remoção seletiva de cárie com os lasers de alta potência, bem como superar as desvantagens relacionadas às fontes lasers atualmente disponíveis para este fim, como aumento excessivo de temperatura e adesão prejudicada da superfície irradiada à resina composta. Para a melhor avaliação da interação entre os lasers de pulsos ultracurtos e o substrato dental, os experimentos foram realizados em três fases. A Fase 1 visou avaliar o efeito de diferentes comprimentos de onda (355 nm, 532 nm, 1045 nm e 1064 nm), durações de pulso (pico e femtossegundos) e protocolos de irradiação (velocidade de escaneamento da superfície, espessura do espécime, método de refrigeração e taxa de repetição de pulso) em esmalte e dentina. Para a Fase 2, os parâmetros de irradiação que apresentaram resultados mais favoráveis na Fase 1 foram analisados para relacionar o aumento de temperatura com a taxa de ablação e a eficiência de ablação para cada parâmetro. A Fase 3 teve como objetivo analisar a interface adesiva e os valores de microtração da dentina irradiada com os parâmetros selecionados e estudados na Fase 2, utilizando sistemas adesivos do tipo condicione e lave e autocondicionante com diferentes protocolos de adesão (Clearfil SE Bond com e sem Primer, Adper Single Bond com e sem condicionamento ácido). Os resultados obtidos na Fase 1 indicam que a dentina e o esmalte irradiados com lasers de femtossegundos de 1045 nm e picossegundos de 1064 nm apresentam superfície rugosa livre de carbonização. Os protocolos de irradiação selecionados mostram que a irradiação deve ser conduzida com maior velocidade de escaneamento da superfície, e não há necessidade de refrigeração durante a irradiação. Todos os parâmetros utilizados promoveram ablação seletiva do substrato dental, e apresentaram maior taxa de ablação para dentina que para esmalte. A Fase 2 permitiu observar que todos os parâmetros de irradiação selecionados não provocaram aumento de temperatura maior que 6,1 ºC para esmalte e 4,6 ºC para dentina, quando o aumento de temperatura foi aferido no lado oposto ao irradiado, em espécimes de 1 mm de espessura e sem refrigeração. Exceção foi observada para a maior potência do laser de picossegundos, para a qual a temperatura aumentou até 12 ºC em esmalte e 15 ºC em dentina. Os valores obtidos no ensaio de microtração variaram de acordo com os parâmetros de irradiação e o sistema adesivo. A adesão à dentina irradiada com lasers de pulsos ultracurtos apresentou valores de resistência adesiva semelhantes ou significantemente maiores que os obtidos nos grupos controle, para todos os parâmetros de irradiação selecionados. Os resultados obtidos neste estudo indicam que os lasers de pulsos ultracurtos apresentaram resultados favoráveis para o preparo cavitário em esmalte e dentina em relação à morfologia produzida na superfície e ao aumento de temperatura provocado durante a irradiação. A resistência adesiva à dentina irradiada foi semelhante, ou mesmo significantemente maior que a obtida nos grupos controle. Portanto, os lasers de pulsos ultracurtos são considerados uma técnica promissora para a realização de intervenção minimamente invasiva com lasers de alta potência. / The development of restorative dentistry has reached the era of esthetic adhesive restorations and minimally invasive approach, for which innovative techniques and advanced materials are constantly introduced. Conservative techniques aim not only to remove carious dental substrate, but also to prepare cavity surfaces for adhesive restoration. The main objective of this study was to evaluate the possibility of introducing ultra-short pulsed lasers in Restorative Dentistry, in attempt to fulfill the basic requirements of adequate conservative restoration, by maintaining the well-known benefits of lasers for caries removal, but also overcoming disadvantages related to current laser sources available for this purpose, such as temperature increase and damaged adhesion to resin composite. In order to better evaluate the interaction between ultra-short pulsed lasers and dental substrates, experimental procedures were divided in three phases. Phase 1 aimed to evaluate the effect of different wavelengths (355 nm, 532 nm, 1,045 nm, and 1,064 nm), pulse durations (pico and femtoseconds) and irradiation protocols (surface scanning speed, sample thickness, cooling method, pulse repetition rate) on enamel and dentin. For Phase 2, laser parameters with most favorable results in Phase 1 were evaluated to relate temperature increase to ablation rate or ablation efficiency. Phase 3 aimed to analyze adhesive interface and microtensile bond strength to dentin irradiated with the selected parameters by using etch-and-rinse and self-etch adhesive systems with different bonding protocols (Clearfil SE Bond with and without Primer, Adper Single Bond with and without acid etching). The results of Phase 1 indicate that dentin and enamel irradiated with 1,045-nm fs-laser and 1,064-nm ps-laser present a rough surface without carbonization. Irradiation should be conducted with higher scanning speed, and no additional cooling during irradiation was necessary. All parameters provided selective tissue ablation, with higher ablations rate for dentin than enamel. Phase 2 indicated that all parameters tested provoked temperature increase of up to 6.1 ºC for enamel and 4.6 ºC for dentin, when temperature increase was measured at the back side of 1-mm thick samples without cooling during irradiation, except for higher power for ps-laser, for which temperature increased up to 12 ºC for enamel and 15 ºC for dentin. Microtensile bond strength values varied according to laser parameters and adhesive systems used. Adhesion to dentin irradiated with ultra-short pulsed lasers resulted in similar or significantly higher bond strength values than control groups, for all laser parameters analyzed. Based on the results of this study, ultra-short pulsed lasers presented favorable results for cavity preparation in dentin and enamel regarding surface morphology and temperature increase. Adhesion to irradiated dentin was either similar or superior to traditional techniques. Thus, ultra-short pulsed lasers are considered a promising technique for the promotion of laser-supported minimally invasive approach.

O desenvolvimento da Odontologia Restauradora culminou com a era das restaurações estéticas adesivas e da intervenção minimamente invasiva, para as quais técnicas inovadoras e materiais de última geração vêm sendo constantemente introduzidos. As técnicas conservadoras visam não somente a remoção do substrato dental cariado, mas também o preparo das paredes da cavidade para a realização da restauração adesiva. Este estudo visou avaliar a possibilidade de introdução dos lasers de pulsos ultracurtos na Odontologia Restauradora, com o intuito de suprir os requisitos básicos para a realização de uma restauração conservadora adequada. A intenção foi de manter os benefícios já conhecidos relacionados à remoção seletiva de cárie com os lasers de alta potência, bem como superar as desvantagens relacionadas às fontes lasers atualmente disponíveis para este fim, como aumento excessivo de temperatura e adesão prejudicada da superfície irradiada à resina composta. Para a melhor avaliação da interação entre os lasers de pulsos ultracurtos e o substrato dental, os experimentos foram realizados em três fases. A Fase 1 visou avaliar o efeito de diferentes comprimentos de onda (355 nm, 532 nm, 1045 nm e 1064 nm), durações de pulso (pico e femtossegundos) e protocolos de irradiação (velocidade de escaneamento da superfície, espessura do espécime, método de refrigeração e taxa de repetição de pulso) em esmalte e dentina. Para a Fase 2, os parâmetros de irradiação que apresentaram resultados mais favoráveis na Fase 1 foram analisados para relacionar o aumento de temperatura com a taxa de ablação e a eficiência de ablação para cada parâmetro. A Fase 3 teve como objetivo analisar a interface adesiva e os valores de microtração da dentina irradiada com os parâmetros selecionados e estudados na Fase 2, utilizando sistemas adesivos do tipo condicione e lave e autocondicionante com diferentes protocolos de adesão (Clearfil SE Bond com e sem Primer, Adper Single Bond com e sem condicionamento ácido). Os resultados obtidos na Fase 1 indicam que a dentina e o esmalte irradiados com lasers de femtossegundos de 1045 nm e picossegundos de 1064 nm apresentam superfície rugosa livre de carbonização. Os protocolos de irradiação selecionados mostram que a irradiação deve ser conduzida com maior velocidade de escaneamento da superfície, e não há necessidade de refrigeração durante a irradiação. Todos os parâmetros utilizados promoveram ablação seletiva do substrato dental, e apresentaram maior taxa de ablação para dentina que para esmalte. A Fase 2 permitiu observar que todos os parâmetros de irradiação selecionados não provocaram aumento de temperatura maior que 6,1 ºC para esmalte e 4,6 ºC para dentina, quando o aumento de temperatura foi aferido no lado oposto ao irradiado, em espécimes de 1 mm de espessura e sem refrigeração. Exceção foi observada para a maior potência do laser de picossegundos, para a qual a temperatura aumentou até 12 ºC em esmalte e 15 ºC em dentina. Os valores obtidos no ensaio de microtração variaram de acordo com os parâmetros de irradiação e o sistema adesivo. A adesão à dentina irradiada com lasers de pulsos ultracurtos apresentou valores de resistência adesiva semelhantes ou significantemente maiores que os obtidos nos grupos controle, para todos os parâmetros de irradiação selecionados. Os resultados obtidos neste estudo indicam que os lasers de pulsos ultracurtos apresentaram resultados favoráveis para o preparo cavitário em esmalte e dentina em relação à morfologia produzida na superfície e ao aumento de temperatura provocado durante a irradiação. A resistência adesiva à dentina irradiada foi semelhante, ou mesmo significantemente maior que a obtida nos grupos controle. Portanto, os lasers de pulsos ultracurtos são considerados uma técnica promissora para a realização de intervenção minimamente invasiva com lasers de alta potência. / The development of restorative dentistry has reached the era of esthetic adhesive restorations and minimally invasive approach, for which innovative techniques and advanced materials are constantly introduced. Conservative techniques aim not only to remove carious dental substrate, but also to prepare cavity surfaces for adhesive restoration. The main objective of this study was to evaluate the possibility of introducing ultra-short pulsed lasers in Restorative Dentistry, in attempt to fulfill the basic requirements of adequate conservative restoration, by maintaining the well-known benefits of lasers for caries removal, but also overcoming disadvantages related to current laser sources available for this purpose, such as temperature increase and damaged adhesion to resin composite. In order to better evaluate the interaction between ultra-short pulsed lasers and dental substrates, experimental procedures were divided in three phases. Phase 1 aimed to evaluate the effect of different wavelengths (355 nm, 532 nm, 1,045 nm, and 1,064 nm), pulse durations (pico and femtoseconds) and irradiation protocols (surface scanning speed, sample thickness, cooling method, pulse repetition rate) on enamel and dentin. For Phase 2, laser parameters with most favorable results in Phase 1 were evaluated to relate temperature increase to ablation rate or ablation efficiency. Phase 3 aimed to analyze adhesive interface and microtensile bond strength to dentin irradiated with the selected parameters by using etch-and-rinse and self-etch adhesive systems with different bonding protocols (Clearfil SE Bond with and without Primer, Adper Single Bond with and without acid etching). The results of Phase 1 indicate that dentin and enamel irradiated with 1,045-nm fs-laser and 1,064-nm ps-laser present a rough surface without carbonization. Irradiation should be conducted with higher scanning speed, and no additional cooling during irradiation was necessary. All parameters provided selective tissue ablation, with higher ablations rate for dentin than enamel. Phase 2 indicated that all parameters tested provoked temperature increase of up to 6.1 ºC for enamel and 4.6 ºC for dentin, when temperature increase was measured at the back side of 1-mm thick samples without cooling during irradiation, except for higher power for ps-laser, for which temperature increased up to 12 ºC for enamel and 15 ºC for dentin. Microtensile bond strength values varied according to laser parameters and adhesive systems used. Adhesion to dentin irradiated with ultra-short pulsed lasers resulted in similar or significantly higher bond strength values than control groups, for all laser parameters analyzed. Based on the results of this study, ultra-short pulsed lasers presented favorable results for cavity preparation in dentin and enamel regarding surface morphology and temperature increase. Adhesion to irradiated dentin was either similar or superior to traditional techniques. Thus, ultra-short pulsed lasers are considered a promising technique for the promotion of laser-supported minimally invasive approach.