Enamel, the outer protective layer of human teeth, is constantly interacting with its surrounding harsh environment. These interactions play a major role in many mechanisms that affect the dental health such as tooth caries, tooth discoloration and plaque formation. Accordingly, most treatments used to maintain and/or restore dental health focus first on the enamel surface. Even though most of the enamel structure has been thoroughly studied, many of the enamel surface features, and the chemical reaction that occur on it, are not well understood. Extrinsic tooth discoloration poses a major problem to many patients and dentists. Most causes of extrinsic tooth staining have been well identified and are usually treated with hydrogen peroxide. However, the mechanism of extrinsic tooth discoloration and tooth bleaching using peroxide oxidizers are not fully understood. It is unknown why certain staining molecules attach to the enamel surface, whether peroxide radicals make teeth whiter by removing these stains, and why sometimes hydrogen peroxide does not work. Also, treating darkened teeth with peroxide agents has its limitations and disadvantages. This has pushed us to look for better and less harmful whitening agents. Recent studies have revealed that there is a correlation between crystallographic characteristics of enamel and its physical properties, such as tooth shade and microhardness. This discovery predicts that tooth properties can be changed by modifying its crystallographic structure. Since magnesium ions are known to react with synthetic hydroxyapatite and affect its crystallographic properties, it is possible that magnesium ions could react with dental enamel and induce changes in dental enamel crystallographic, optical and mechanical properties. Several significant conclusions and achievements are presented in this thesis. We demonstrated the presence of a carbon rich layer on the surface of enamel that contains relatively high amounts of calcium. This layer might explain the high staining ability of certain types of anionic staining agents that are among the most common causes of external tooth discoloration. Moreover, we showed that hydrogen peroxide does not induce significant changes in tooth enamel organic and inorganic relative contents, and it whitens teeth just by oxidizing their organic matrix. This finding is of great clinical significance since it explains the mechanism of tooth bleaching and the reasons behind the limited predictability of the treatment outcomes. Finally, we showed for the first time that magnesium ions can react with tooth enamel and induce a reduction in the size of enamel hydroxyapatite nanocrystals. This change in crystallography affected the enamel optical and mechanical properties; making the enamel harder and whiter. This is a new method that can be exploited to whiten teeth without using peroxide-based bleaching agents. We concluded that crystallographic ultrastructure plays a key role in defining the tooth enamel properties which can be tailored through ionic substitution for improvement of optical and mechanical properties without causing the possible negative effects of peroxide agents. / L'émail est la couche protectrice externe des dents humaines en constante interaction avec son environnement hostile. Ces interactions jouent un rôle important dans de nombreux mécanismes qui influencent la santé dentaire, tels que les caries dentaire, la coloration dentaire et la formation de plaque. Par conséquence, la majorité des traitements utilisés pour maintenir et/ou restaurer la santé dentaire se concentre principalement sur la surface de l'émail. Tandis que la structure de l'émail a été largement étudiée, les caractéristiques de sa surface, ainsi que les réactions chimiques se produisant à son niveau ont rarement été décrites. La coloration extrinsèque des dents pose un problème majeur pour certains patients et dentistes. La majorité des causes de colorations extrinsèques des dents ont été bien identifiées et sont habituellement traitées avec du peroxyde d'hydrogène. Cependant, le mécanisme de coloration extrinsèque des dents et de blanchiment des dents à l'aide des oxydants du peroxyde ne sont pas entièrement décrits. Les raisons pour lesquelles certaines molécules colorantes s'attachent à la surface de l'émail, comment les radicaux de peroxyde peuvent blanchir les dents en enlevant ces colorations, ainsi que la raison pour laquelle le peroxyde d'hydrogène n'est pas optimal en terme de blanchiment des dents, restent toujours méconnus. De plus, le traitement avec des agents de peroxyde de dents noircies présente certaines limitations et inconvénients. Ce qui nous a motivés à intensifier les recherches pour de meilleurs agents de blanchiment avec le moins d'effets nuisibles.Des études récentes ont montré qu'il existait une corrélation entre les caractéristiques cristallographiques de l'émail et ses propriétés physiques, comme la couleur de la dent et la microdureté. Cette découverte prédit que les propriétés de la dent peuvent être changées par la modification de sa structure cristallographique. Comme les ions du magnésium sont connus de leur capacité de réagir avec l'hydroxyapatite synthétique et d'affecter ses propriétés cristallographiques, il est possible que ces ions puissent réagir avec l'émail dentaire et induire des changements cristallographiques à son niveau ainsi que des changements de ses propriétés optiques et mécaniques.Plusieurs conclusions et réalisations importantes sont présentées dans cette thèse. Nous avons montré la présence d'une couche riche en carbone sur la surface de l'émail qui contient des quantités relativement élevées de calcium. Cette couche pourrait expliquer la capacité colorante élevée de certains types d'agents anioniques, qui sont parmi les causes les plus communes de la coloration extrinsèque des dents. De plus, nous avons montré que le peroxyde d'hydrogène ne provoque pas de changements significatifs dans le contenu organique et inorganique relatif à l'émail des dents, ainsi qu'il blanchit les dents uniquement en oxydant leur matrice organique. Cette conclusion est d'une valeur clinique importante car elle explique le mécanisme de blanchiment des dents et les raisons de la prévisibilité limitée des résultats du traitement. Enfin, nous avons montré pour la première fois que les ions du magnésium puissent réagir avec l'émail des dents et provoquent une réduction de la taille des nano-cristaux d'hydroxyapatite. Ce changement dans la cristallographie affecte les propriétés optiques et mécaniques de l'émail et le rend plus dur et plus blanc. Cette nouvelle méthode peut être exploitée pour blanchir les dents sans avoir recours à l'utilisation d'agents de blanchiment à base du peroxyde. Nous avons conclu que l'ultrastructure cristallographique joue un rôle clé dans la définition des propriétés de l'émail des dents, ce qui peut être ajusté par la substitution ionique afin d'améliorer les propriétés optiques et mécaniques et sans causer des effets potentiels nocifs des agents basés sur le peroxyde.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.117232 |
| Date | January 2013 |
| Creators | Abdallah, Mohamed Nur |
| Contributors | Faleh Tamimi Marino (Internal/Supervisor), Marta Cerruti (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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