Evaluation of dental hard tissues irradiated with ultra-short pulsed lasers. Influence on surface morphology and microtensile bond strength

O desenvolvimento da Odontologia Restauradora culminou com a era das restaurações estéticas adesivas e da intervenção minimamente invasiva, para as quais técnicas inovadoras e materiais de última geração vêm sendo constantemente introduzidos. As técnicas conservadoras visam não somente a remoção do substrato dental cariado, mas também o preparo das paredes da cavidade para a realização da restauração adesiva. Este estudo visou avaliar a possibilidade de introdução dos lasers de pulsos ultracurtos na Odontologia Restauradora, com o intuito de suprir os requisitos básicos para a realização de uma restauração conservadora adequada. A intenção foi de manter os benefícios já conhecidos relacionados à remoção seletiva de cárie com os lasers de alta potência, bem como superar as desvantagens relacionadas às fontes lasers atualmente disponíveis para este fim, como aumento excessivo de temperatura e adesão prejudicada da superfície irradiada à resina composta. Para a melhor avaliação da interação entre os lasers de pulsos ultracurtos e o substrato dental, os experimentos foram realizados em três fases. A Fase 1 visou avaliar o efeito de diferentes comprimentos de onda (355 nm, 532 nm, 1045 nm e 1064 nm), durações de pulso (pico e femtossegundos) e protocolos de irradiação (velocidade de escaneamento da superfície, espessura do espécime, método de refrigeração e taxa de repetição de pulso) em esmalte e dentina. Para a Fase 2, os parâmetros de irradiação que apresentaram resultados mais favoráveis na Fase 1 foram analisados para relacionar o aumento de temperatura com a taxa de ablação e a eficiência de ablação para cada parâmetro. A Fase 3 teve como objetivo analisar a interface adesiva e os valores de microtração da dentina irradiada com os parâmetros selecionados e estudados na Fase 2, utilizando sistemas adesivos do tipo condicione e lave e autocondicionante com diferentes protocolos de adesão (Clearfil SE Bond com e sem Primer, Adper Single Bond com e sem condicionamento ácido). Os resultados obtidos na Fase 1 indicam que a dentina e o esmalte irradiados com lasers de femtossegundos de 1045 nm e picossegundos de 1064 nm apresentam superfície rugosa livre de carbonização. Os protocolos de irradiação selecionados mostram que a irradiação deve ser conduzida com maior velocidade de escaneamento da superfície, e não há necessidade de refrigeração durante a irradiação. Todos os parâmetros utilizados promoveram ablação seletiva do substrato dental, e apresentaram maior taxa de ablação para dentina que para esmalte. A Fase 2 permitiu observar que todos os parâmetros de irradiação selecionados não provocaram aumento de temperatura maior que 6,1 ºC para esmalte e 4,6 ºC para dentina, quando o aumento de temperatura foi aferido no lado oposto ao irradiado, em espécimes de 1 mm de espessura e sem refrigeração. Exceção foi observada para a maior potência do laser de picossegundos, para a qual a temperatura aumentou até 12 ºC em esmalte e 15 ºC em dentina. Os valores obtidos no ensaio de microtração variaram de acordo com os parâmetros de irradiação e o sistema adesivo. A adesão à dentina irradiada com lasers de pulsos ultracurtos apresentou valores de resistência adesiva semelhantes ou significantemente maiores que os obtidos nos grupos controle, para todos os parâmetros de irradiação selecionados. Os resultados obtidos neste estudo indicam que os lasers de pulsos ultracurtos apresentaram resultados favoráveis para o preparo cavitário em esmalte e dentina em relação à morfologia produzida na superfície e ao aumento de temperatura provocado durante a irradiação. A resistência adesiva à dentina irradiada foi semelhante, ou mesmo significantemente maior que a obtida nos grupos controle. Portanto, os lasers de pulsos ultracurtos são considerados uma técnica promissora para a realização de intervenção minimamente invasiva com lasers de alta potência.The development of restorative dentistry has reached the era of esthetic adhesive restorations and minimally invasive approach, for which innovative techniques and advanced materials are constantly introduced. Conservative techniques aim not only to remove carious dental substrate, but also to prepare cavity surfaces for adhesive restoration. The main objective of this study was to evaluate the possibility of introducing ultra-short pulsed lasers in Restorative Dentistry, in attempt to fulfill the basic requirements of adequate conservative restoration, by maintaining the well-known benefits of lasers for caries removal, but also overcoming disadvantages related to current laser sources available for this purpose, such as temperature increase and damaged adhesion to resin composite. In order to better evaluate the interaction between ultra-short pulsed lasers and dental substrates, experimental procedures were divided in three phases. Phase 1 aimed to evaluate the effect of different wavelengths (355 nm, 532 nm, 1,045 nm, and 1,064 nm), pulse durations (pico and femtoseconds) and irradiation protocols (surface scanning speed, sample thickness, cooling method, pulse repetition rate) on enamel and dentin. For Phase 2, laser parameters with most favorable results in Phase 1 were evaluated to relate temperature increase to ablation rate or ablation efficiency. Phase 3 aimed to analyze adhesive interface and microtensile bond strength to dentin irradiated with the selected parameters by using etch-and-rinse and self-etch adhesive systems with different bonding protocols (Clearfil SE Bond with and without Primer, Adper Single Bond with and without acid etching). The results of Phase 1 indicate that dentin and enamel irradiated with 1,045-nm fs-laser and 1,064-nm ps-laser present a rough surface without carbonization. Irradiation should be conducted with higher scanning speed, and no additional cooling during irradiation was necessary. All parameters provided selective tissue ablation, with higher ablations rate for dentin than enamel. Phase 2 indicated that all parameters tested provoked temperature increase of up to 6.1 ºC for enamel and 4.6 ºC for dentin, when temperature increase was measured at the back side of 1-mm thick samples without cooling during irradiation, except for higher power for ps-laser, for which temperature increased up to 12 ºC for enamel and 15 ºC for dentin. Microtensile bond strength values varied according to laser parameters and adhesive systems used. Adhesion to dentin irradiated with ultra-short pulsed lasers resulted in similar or significantly higher bond strength values than control groups, for all laser parameters analyzed. Based on the results of this study, ultra-short pulsed lasers presented favorable results for cavity preparation in dentin and enamel regarding surface morphology and temperature increase. Adhesion to irradiated dentin was either similar or superior to traditional techniques. Thus, ultra-short pulsed lasers are considered a promising technique for the promotion of laser-supported minimally invasive approach