Tooth enamel is a composite material, made of an organic phase (2-4% of enamel) and an inorganic phase (96-98% of enamel) that protects the tooth layers underneath (dentin and dental pulp). Tooth enamel is the hardest and one of the toughest materials in mammals. However, enamel suffers from continuous mechanical stress that might cause cracks, creating a favourable environment for bacteria growth and leading to tooth sensitivity or fracture. Also the incorporation of ions in tooth enamel structure can affect the crystallographic, mechanical and physical properties. This study was designed to find out the relative contribution of tooth enamel's crystallography, physical and chemical characteristics to its resistance to crack propagation. The possible contribution of tooth enamel trace elemental composition on its crystallography, chemical and physical properties was investigated, as well. Extracted sound teeth were gathered from patients attending McGill Undergraduate Dental Clinic. Tooth enamel's crack length, hardness, crystallography (i.e. crystallite size, unit cell parameters of the crystal; a and c), chemical composition, tooth shade and trace elements were obtained by Scanning Electron Microscope, Vickers microhardness, X-Ray Diffraction, Fourier transform infrared spectroscopy, shade spectrophotometry and inductively-coupled plasma mass spectrometry. The statistical significance was set at P <0.05. In this study, I found that the average crack length and average length of cracks perpendicular to dentin-enamel junction that emanated from indentations induced on enamel were correlated to enamel's crystallite dimensions along c-axis. According to this finding, I proposed a new model based on Hall-Petch theory that accurately predicts crack propagation in enamel. The concentration of Ti in tooth enamel was positively associated with enamel's hardness, lightness and crystallite size along c-axis. Also, I found that the presence of Fe was associated with the formation of carbonate type A, while the concentration of Co and Ni were correlated with the formation of carbonate type B. Se substitution in tooth enamel was positively associated with unit cell parameters along a and c, on the other hand Cr and Ni had a negative correlation with unit cell parameters along c. It was shown that the presence of Pb, Ti and Mn had an association with tooth enamel's crystallite size along c-axis.Our findings show why older people suffer from tooth fracture more often than younger ones, and how the nanostructure of enamel prevents catastrophic mechanical failure. Also this study shows how the presence of trace elements can affect the physical-chemical properties of tooth enamel. / L'émail dentaire est un matériau composite, constitué d'une partie organique (2-4% de l'émail) et d'une partie inorganique (96-98% de l'émail) qui protègent les couches profondes de la dent (dentine et la pulpe dentaire). L'émail dentaire est le tissu le plus dur chez les mammifères, et l'un des plus résistants. Cependant, l'émail est continuellement exposé à une agression d'origine mécanique, qui pourrait le fissurer, créant un environnement favorable à la croissance des bactéries qui pourraient provoquer la sensibilité dentaire ou la fracture de la dent. Aussi, l'incorporation des ions dans la structure de l'émail dentaire peut affecter les propriétés cristallographiques, mécaniques et physiques de ce tissu dentaire important. L'objectif de cette étude est de découvrir la relation entre la cristallographie, les propriétés physiques et chimiques de l'émail dentaire et sa résistance contre la propagation de fractures. La contribution possible des traces d'oligo-éléments dans la structure de l'émail, avec ses aspects cristallographiques et ses propriétés chimiques et physiques, a aussi été examinée. Des dents adultes ont été extraites dans la clinique dentaire d'étudiants de premier cycle de l'Université McGill. La longueur de fissure de l'émail, la dureté, la cristallographie (i.e., la taille des cristaux, la structure cristalline; le long des axes a et c), la composition chimique, la teinte et les traces des oligo-éléments ont été obtenues par microscope électronique à balayage, microdureté de Vickers, spectroscopie infrarouge à transformation de Fourier, ombre spectrophotométrie et de spectrométrie de masse à plasma inductif. Le niveau de signification statistique a été déterminé pour une valeur de P <0.05. Dans cette étude, nous avons remarqué que la longueur moyenne de la fissure et la longueur moyenne des fissures perpendiculaires à la jonction émail-dentine, émanent des indentations induites sur l'émail, ont été corrélés aux dimensions de cristal de l'émail le long de l'axe c. Selon ce rapport, nous avons proposé un nouveau modèle basé sur la théorie de Hall-Petch, qui prédit avec précision la propagation des fissures dans l'émail. La concentration de Ti dans l'émail des dents semble positivement associée à la dureté de l'émail, à la légèreté et à la taille des cristaux le long de l'axe c. En outre, nous avons constaté que la présence de Fe est associée à la formation de carbonate de type A, tandis que la concentration de Co et Ni montre une corrélation avec la formation de Type B. Cette substitution dans l'émail des dents est associée avec des paramètres de réseau cellulaire le long des axes a et c. D'autre part, Cr et Ni montent une corrélation négative avec les paramètres de la maille de cellules le long de l'axe c. La présence de Pb, Ti et Mn a un lien avec la taille des cristaux de l'émail des dents le long de l'axe c.Nos résultats montrent pourquoi les personnes âgées souffrent d'une fracture de la dent plus souvent que les plus jeunes, et comment la nanostructure de l'émail empêche une défaillance mécanique catastrophique. De plus, cette étude montre comment la présence d'oligo-éléments peut affecter les propriétés physico-chimiques de l'émail des dents.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121579 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Ghadimi, Elnaz |
| Contributors | Faleh Tamimi Marino (Internal/Supervisor), Hojatollah Vali (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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