Tooth enamel is one of the hardest materials found in the animal kingdom. Accordingly, understanding its unique characteristics is of special interest for the interpretation of distinct tooth physical properties and for the development of new synthetic materials. Enamel is a composite material that comprises an inorganic matrix composed of hierarchically organized carbonated hydroxyapatite (HA) crystals, and an organic matrix mainly composed of the protein amelogenin. This study was designed to investigate how variations in enamel ultrastructure and chemical composition (organic and inorganic) may affect tooth mechanical and optical properties.One hundred extracted sound teeth were collected from adult patients attending McGill Undergraduate Dental Clinic. Vickers microindentation, Shade spectrophotometry, FTIR, SEM-EDS and XRD were used to asses enamel microhardness, tooth shade (registered in universal shade parameters: lightness, chroma and hue), chemical composition and crystallography (i.e. crystal size, lattice parameters of the crystal; a-axis and c-axis). The data obtained was analyzed for correlation, and statistical significance was set at P <0.05. Tooth enamel crystallographic structure, chemical composition, optical and mechanical properties varied dramatically within the studied population. Tooth enamel microhardness was affected by the size of its HA crystals (R= -0.476, B= -0.028, P= <0.001). Tooth shade hue was influenced by enamel HA crystal size (R= -0.358, B= -0.866, P= 0.007), tooth shade chroma was influenced by enamel HA carbonization (R= -0.419, B= -99.06, P= <0.001), and tooth shade lightness was influenced by both enamel HA crystal size (R= -0.313, B= -1.052, P= 0.019) and the degree of HA carbonization (R= -0.265, B= -57.95, P= 0.033). On the other hand, tooth enamel HA crystal size was inversely correlated with the organic relative content within tooth enamel (R= -0.352, B= -19.4, P= 0.016).This study highlights the variation in tooth enamel ultrastructure and chemical composition, and their association with its optical and mechanical properties. For instance, we have revealed that the organic content in teeth indirectly regulates enamel mechanical and optical properties by controlling the size of HA crystals. On the other hand, variation in the degree of enamel HA carbonization can also affect the tooth optical properties. / L'émail des dents est un des matériaux les plus durs chez les animaux. En conséquence, la compréhension de ses propriétés uniques est d'un intérêt particulier pour l'interprétation les propriétés physiques distinctes de la dent, et pour le développement de nouveaux matériaux synthétiques. L'émail est un matériau composite qui contient une matrice inorganique de cristaux d'hydroxyapatite (HA) carbonatés et organisés hiérarchiquement, et une matrice organique composée principalement de la protéine Amelogenin. Cette étude a été désignée pour étudier comment les variations de l'ultra structure de l'émail et la composition chimique (organique et inorganique) peuvent affecter les propriétés mécaniques et optiques des dents. Une centaine des dents saines ont été extraites et recueillies auprès des patients adultes présentés à la clinique dentaire de premier cycle de l'Université McGill. Microindentation Vickers, la couleur spectrophotométrique, FTIR, SEM-EDS et XRD ont été utilisés pour évaluer la microdureté de l'émail, la couleur de la dent (enregistrée selon les paramètres universelles: la luminosité, la saturation et la teinte) et la composition chimique et cristallographique (i.e. la grandeur des cristaux, les paramètres de treillis du cristal; axe a et c). Les données obtenues ont été analysées pour la corrélation. Le niveau de signification statistique a été déterminé pour une valeur de P <0.05.La structure cristallographique de l'émail de la dent, la composition chimique, les propriétés optiques et mécaniques ont été variées considérablement au sein de la population étudiée. La microdureté de l'émail des dents a été influencée par la grandeur de ses cristaux HA (R= -0.476, B= -0.028, P= <0.001). La teinte de la dent a été influencée par la grandeur des cristaux HA de l'émail (R= -0.358, B= -0.866, P=0.007), la saturation a été influencée par la carbonisation de l'HA de l'émail (R= -0.420, B= -99.06, P= <0.001) et la luminosité a été influencée par les deux la grandeur des cristaux de l'HA de l'émail (R= -0.313, B= -1.052, P= 0.019), et le degré de carbonisation de l'HA (R= -0.266, B= -57.95, P= 0.034). D'autre part, la grandeur des cristaux de l'HA de l'émail à été inversement corrélée avec son teneur relative en matière organique (R = -0.352, B= -19.4, P= 0.016). Dans la présente étude, nous avons dévoilé que la variation de l'ultra structure de l'émail des dents et son composition chimique peuvent influencer les propriétés optiques et mécaniques de la dent. Par exemple, nous avons montré que la teneur en matière organique de l'émail des dents contrôle les propriétés mécaniques et optiques en contrôlant la grandeur des cristaux de l'HA. Par contre, la variation dans le degré de carbonisation de l'HA de l'émail peut également affecter les propriétés optiques des dents.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.106624 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Eimar, Hazem |
| Contributors | Faleh Tamimi Marino (Internal/Supervisor), Rubens Ferreira Albuquerque (Internal/Cosupervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (Faculty of Dentistry) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
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