Characterization of dental biomaterials by means of optical methods

Resumen

CARACTERIZACIÓN DE BIOMATERIALES DENTALES MEDIANTE MÉTODOS ÓPTICOS Descriptores: Propiedades ópticas y rugosidad de biomateriales dentales. RESUMEN Actualmente, la obtención de biomateriales capaces de sustituir tejidos es una realidad que despierta gran interés social y en la que concentra sus esfuerzos una parte importante de la comunidad científica internacional. La puesta en marcha de tratamientos que empleen biomateriales de nueva generación pasa, sin duda, por la realización previa de estudios que analicen el comportamiento y las características reales de estos materiales. Los resultados de tales estudios condicionarán, en gran medida, el éxito de las futuras aplicaciones que se lleven cabo en el terreno biosanitario. Antes de poder desarrollar todo su potencial, es imprescindible conocer en detalle cómo son y cómo se comportan los materiales que ya están siendo generados. Para profundizar en el conocimiento de los nuevos biomateriales es de vital importancia estudiar sus propiedades ópticas. Ello es independiente de que las funciones del tejido restaurado no sean propiamente las visuales. Por ejemplo, comprender la propagación de la radiación láser en estos materiales es crucial para establecer los efectos de muchos tratamientos médicos actuales, que se basan en la irradiación del tejido con este tipo de fuentes. También las técnicas de diagnóstico inocuas más recientes tienen su fundamento en la respuesta óptica de los medios biológicos. De hecho, para el desarrollo de futuras aplicaciones terapéuticas y diagnósticas es imperativo conocer las relaciones entre propiedades ópticas y biológicas de los tejidos y, por consiguiente, de los biomateriales. Por ello, la presente Tesis Doctoral persigue como objetivo general aplicar métodos ópticos a la caracterización de biomateriales empleados en odontología para la reparación y sustitución de tejidos dentales (dentina y esmalte), tales como cerámica de zirconia y resinas de composite. El contenido de esta Tesis Doctoral se estructura del siguiente modo: El capítulo I es una introducción donde se describe el contexto y los antecedentes. En el capítulo II, se expone la motivación incluyendo los objetivos específicos de la Tesis. Cada uno de los cuatro capítulos comprendidos entre el III y el VI responde a uno de los objetivos específicos perseguidos. El capítulo III tiene como objetivo específico realizar medidas que permitan determinar con precisión los valores del factor de anisotropía de esparcimiento en biomateriales dentales y analizar comparativamente el comportamiento que presenta la anisotropía de esparcimiento en dichos biomateriales y en los tejidos dentales que están destinados a sustituir. El objetivo que se aborda en el capítulo IV es aplicar el algoritmo IAD para obtener valores precisos de los coeficientes de absorción y esparcimiento de biomateriales dentales incorporando los valores del factor de anisotropía de esparcimiento previamente calculados. El capítulo V tiene por objetivo realizar medidas encaminadas a evaluar el efecto de los biomateriales dentales sobre el estado de la luz polarizada. El objetivo que aborda el capítulo VI es realizar una inspección microtopográfica no invasiva que permita evaluar con precisión los principales parámetros de rugosidad de biomateriales dentales a través de un sistema de triangulación óptica y complementar la información sobre rugosidad con el resultado de medidas del brillo especular. En cada uno de estos capítulos se incluyen los antecedentes, la metodología empleada, los materiales analizados, los resultados obtenidos, su discusión y las referencias citadas. En el capítulo VII se recogen las conclusiones finales y el capítulo VIII contiene las publicaciones científicas que son fruto del trabajo desarrollado en la presente Tesis Doctoral. Finalmente, el capítulo IX está dedicado a las fuentes de financiación que han hecho posible dicho trabajo. Las contribuciones más novedosas que aportará esta Tesis Doctoral se pueden resumir en los siguientes puntos: Evaluación de la función de fase de esparcimiento y del factor de anisotropía de esparcimiento, g, a partir de medidas experimentales (no a partir de modelos, simulaciones o aproximaciones teórico-empíricas) en resinas de composite y cerámicas de zirconia para aplicaciones dentales. Comprobación de la idoneidad del método experimental empleado para obtener los valores de g con una precisión tal que permita establecer comparaciones entre materiales y distinciones entre un mismo material en diferentes condiciones (distintos espesores de la muestra y distintas longitudes de onda). Esto se comprueba, incluso, para tejidos dentales humanos (esmalte y dentina). Determinación de los coeficientes de absorción y esparcimiento (¿a y ¿s) de resinas de composite y cerámica de zirconia mediante el algoritmo IAD a través de la incorporación de valores experimentales del factor de anisotropía de esparcimiento, g, considerando los cambios espectrales de dicho factor y del índice de refracción. Corroboración de la idoneidad del método experimental empleado para obtener los valores de ¿¿a y ¿¿¿¿ con una precisión que permita analizar comparativamente distintos materiales. Realización, en condiciones de repetividad, de medidas encaminadas a valorar el efecto de tejidos dentales humanos (esmalte y dentina) y resinas de composite sobre el estado de la luz polarizada, proporcionando la incertidumbre asociada a los ángulos de desviación del plano de polarización. Evaluación de los principales parámetros de rugosidad (Ra, Rq, Rsk y Rku) en resinas de composite y cerámicas de zirconia, -proporcionando información, no sólo sobre la rugosidad media, sino también sobre la distribución superficial de alturas-, mediante el uso de un sistema microtopográfico no invasivo basado en triangulación óptica. Comprobación de la idoneidad de este sistema para obtener los principales parámetros de rugosidad con una precisión tal que permita establecer comparaciones entre materiales y distinciones entre un mismo material en diferentes condiciones (tratamiento superficial en composites y proceso de sinterización en cerámica de zirconia). Aportación de una información tan relevante como es la incertidumbre asociada a todas y cada una de las magnitudes determinadas experimentalmente (factor de anisotropía, coeficientes de absorción, esparcimiento y atenuación, profundidad de penetración óptica, ángulo de desviación del plano de polarización, parámetros de rugosidad y porcentaje de brillo). Esto constituye una importante novedad pues se obvia de forma generalizada en los trabajos que estudian biomateriales y, concretamente, biomateriales destinados a aplicaciones dentales, de modo que no es posible conocer la precisión de los valores de las magnitudes facilitados, ni en qué medida las comparaciones establecidas se basan de diferencias significativas.