Tooth surface changes in demineralization and remineralization of enamel and in simulated brushing of stained dentin = 법랑질의 탈회 및 재광화 과정과 착색된 상아질의 모의 칫솔 질에서 나타나는 치아 표면 변화

국문 초록 (Abstract)

배경: 에나멜 표면은 산성 물질에 노출될 경우 탈회가 발생할 수 있으며, 부식된 에나멜의 재광화는 구조적 안정성을 회복하거나 유지하기 위해 필수적이다. 아울러, 노출된 상아질은 커피와 같은 외인성 착색 요인에 의해 변색되기 쉬우며, 칫솔질은 이러한 착색 물질의 제거에 도움을 줄 수 있으나 동시에 기계적 마모를 유발할 가능성도 존재한다.

목적: 본 연구의 목적은 (1) 10종의 산성 용액이 치아 에나멜에 미치는 침식 효과와 우유 및 인공 타액의 재광화 가능성을 표면 조도(Ra), 마모 깊이, 미세경도 분석을 통해 평가하고, (2) 다양한 종류의 칫솔을 사용한 모의 칫솔질 후 커피 착색된 상아질의 색상, 미세경도 및 표면 조도 변화 양상을 조사하는 데 있다.

방법: 총 80개의 소의 절치 에나멜 시편을 10개 군으로 나누어, 네 종류의 산성 음료, 세 종류의 구연산 용액, 세 종류의 구연산 완충 용액에 각각 10분, 20분, 30분, 1시간 동안 침지하여 탈회를 유도하였다. 탈회 후, 시편들은 우유 및 인공 타액에 각각 1시간 및 3시간 동안 침지하여 재광화 과정을 거쳤다. 표면 조도(Ra), 마모 깊이, 미세경도는 기초 측정 후 탈회 및 재광화 각 단계에서 측정되었다. 또한, 총 70개의 소의 절치 상아질 시편은 7일간 커피 용액에 침지하여 착색시킨 후, 7개 칫솔 군으로 분류하였다. 착색된 시편은 과산화수소를 포함한 미백 치약 슬러리를 이용해 각각 5,000회 및 10,000회의 칫솔질을 시행하였다. 색상, 미세경도 및 표면 조도는 초기, 착색 후, 칫솔질 후 각각 측정되었으며. 수집된 자료는 Friedman 검정 및 Kruskal–Wallis 검정을 통해 통계 분석하였으며, 유의수준은 p < 0.05로 설정하였다.

결과: 에나멜 시편의 결과에서는 시간 간격에 따라 유의한 차이가 나타났으며, 특히 기초 측정값과 1시간 탈회 처리군 간에서 유의한 차이가 관찰되었다. 또한, CAB1 용액에 침지된 시편은 실험에 사용된 산성 용액 중에서 가장 큰 표면 조도(Ra) 증가를 보였다. 재광화 이후에는 미세경도에서만 유의한 증가가 나타났다 (p < 0.05). 상아질 시편의 경우, 커피 용액에 침지된 후 색상이 유의하게 어두워졌으며, 미세경도 또한 감소하였다. 칫솔질 10,000회 후에는 명도 (L*)가 유의하게 증가하였고, 5,000회 후에는 표면 조도(Ra)가 유의하게 증가하였다. 그러나 모든 시점에서 칫솔 종류 간에는 어떠한 측정 항목에서도 유의한 차이가 나타나지 않았다.

결론: 다양한 산성 용액을 적용한 에나멜의 탈회 과정에서는 표면 조도(Ra) 및 마모 깊이의 증가와 미세경도의 감소가 나타났다. 재광화 제제로 사용된 우유와 인공 타액은 미세경도의 증가를 유도하였다. 본 연구는 서로 다른 산성 용액과 잠재적인 재광화 제제가 치아 에나멜 표면에 미치는 영향에 대한 이해를 제공한다. 또한, 칫솔질은 상아질의 변색을 감소시키고 표면 조도를 증가시켰으며, 커피 침지는 변색을 유발하고 미세경도를 감소시켰다. 칫솔 종류 간 색상, 미세경도, 표면 조도에 있어 유의한 차이가 나타나지 않았다는 점은 칫솔의 물리적 특성보다 기계적인 칫솔질 작용이 더 큰 영향을 미친다는 사실을 시사한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Background: The enamel surface may experience demineralization upon exposure to acidic substances, and remineralization of etched enamel is essential to restore or sustain its structural integrity. Furthermore, exposed dentin is susceptible to discoloration from extrinsic stains such as those caused by coffee. Tooth brushing aids stain removal, but can also lead to mechanical abrasion.

Objective: This study aimed to (1) investigate the erosive effect of 10 acidic solutions on tooth enamel and the remineralization potential of milk and artificial saliva by analyzing the surface roughness (Ra), abraded depth, and microhardness; and (2) investigate changes in color, microhardness, and surface roughness of coffee-stained dentin after simulated brushing with various toothbrushes.

Methods: A total of 80 bovine incisor enamel specimens were divided into 10 groups and subjected to immersion in four distinct acidic drinks, three distinct citric acid solutions, and three distinct citric acid buffer solutions for 10 minutes, 20 minutes, 30 minutes, and 1 hour. After demineralization, the specimens underwent remineralization through immersion in milk and artificial saliva for 1 hour and 3 hours. The surface roughness, abraded depth, and microhardness were measured at baseline and each stage of demineralization and remineralization. Further, 70 bovine incisor dentin specimens were stained by immersion in a coffee solution for seven days and allocated into seven groups of toothbrushes. The coffee-stained specimens were brushed using slurries of whitening toothpaste containing hydrogen peroxide for 5,000 and 10,000 strokes. Color, microhardness, and surface roughness were measured initially, after staining, and after brushing. Data were analyzed using Friedman and Kruskal–Wallis tests (p < 0.05).

Results: The results of enamel specimens indicated a significant difference across different time intervals, particularly between the baseline and 1-hour demineralization period. In addition, the specimens immersed in CAB1 exhibited the greatest increase in Ra among the acidic solutions tested. Only the microhardness showed an increase after remineralization (p < 0.05). Moreover, the dentin specimens showed that coffee immersion significantly darkened the dentin and reduced microhardness. Brushing significantly increased the lightness (L*) after 10,000 strokes and surface roughness (Ra) after 5,000 strokes. However, there were no significant differences in any of the parameters between the toothbrush groups at any time point.

Conclusions: The demineralization of enamel through the application of various acidic solutions revealed an increase in Ra and abraded depth, and a decrease in microhardness. The application of remineralization agents, milk and artificial saliva, showed an increase in microhardness. This study offers insights into the effects of distinct acidic solutions and potential remineralization agents on the surface of the tooth enamel. In addition, brushing decreased dentin discoloration and increased surface roughness, whereas immersion in coffee caused discoloration and decreased microhardness. The absence of notable differences in color, microhardness, and surface roughness across the toothbrushes highlights the dominant influence of mechanical brushing over toothbrush characteristics.

목차 (Table of Contents)

• Abstract i
• Table of Contents iv
• List of Tables vi
• List of Figures vii
• Chapter 1. Introduction 1
• Chapter 2. Enamel demineralization by various acidic solutions and remineralization by milk and artificial saliva 4
• 2.1. Introduction 4
• 2.2. Materials and Methods 6
• 2.2.1. Experimental design 6
• 2.2.2. Sample preparation 8
• 2.2.3. Demineralization experiment 8
• 2.2.4. Remineralization experiment 10
• 2.2.5. Profilometry analysis 12
• 2.2.6. Microhardness analysis 12
• 2.2.7. Statistical analysis 13
• 2.3. Results 13
• 2.4. Discussion 27
• 2.5. Conclusion 32
• Chapter 3. Impact of various toothbrushes on color, microhardness, and surface roughness of coffee-stained dentin 34
• 3.1. Introduction 34
• 3.2. Materials and Methods 37
• 3.2.1. Experimental design 37
• 3.2.2. Sample preparation 40
• 3.2.3. Coffee staining procedure 41
• 3.2.4. Toothbrushing simulation 43
• 3.2.5. Color analysis 44
• 3.2.6. Microhardness analysis 44
• 3.2.7. Surface roughness analysis 45
• 3.2.8. Statistical analysis 45
• 3.3. Results 46
• 3.4. Discussion 54
• 3.5. Conclusion 58
• Chapter 4. Conclusions 60
• Bibliography 62
• Abstract in Korean 73