Impact of Er:YAG laser pulse duration on ultra-structure of dentin collagen fibrils

Abstract

Purpose To evaluate the ultra-morphology of the dentin after irradiation with Er:YAG laser using shorter pulse durations in different protocols by transmission electron microscopy (TEM). The Er:YAG laser is an effective alternative method for hard dental tissue treatment with great acceptability among patients. However, undesirable effects may occur in dental substrate if the correct parameters are not chosen during irradiation protocols, jeopardizing bonding that could result in premature failures. But, before doing bonding tests, it is fundamental the knowledge of the laser action into dentin. It is well known that shorter pulses have less thermal damage due to less heat loss during irradiation; hence, it is primordial to evaluate the performance of shorter pulses in irradiation protocols. Methods Eighteen dentin disks with 2 mm thick were assigned into six experimental groups according to the irradiation protocol: cavity preparation (200 mJ and 20 Hz) and pretreatment (80 mJ and 2 Hz) varying the pulse duration (50, 300, or 600 μs), in focused distance and under refrigeration. Qualitative and semi-quantitative analyses were performed. Results The pretreatment with 50 μs was the protocol that maintained intact both architecture of collagens fibrils and an organized extracellular matrix. Nevertheless, the other groups showed a melted and carbonized dentin surface followed by fused zone of collagen fibrils with loss of interfibrillar spaces. Conclusions It was concluded that the thickness of the altered layer is directly proportional to the enhance of pulse duration for cavity preparation protocols tested. Moreover, pretreatment with 50 μs is an adequate protocol for dentin, which did not alter its ultra-morphology.

Investigation of laser pulsing parameters’ importance in Er:YAG laser skin ablation: a theoretical study conducted via newly developed thermo-mechanical ablation model

“…Pulsed lasers have opened new avenues for advancing the therapy through more precise control and selection of laser pulsing parameters, notably pulse duration and pulse fluence. Thus, laser pulse parameters have become the focus of many researchers trying to understand and quantify their effects on therapeutic outcomes [12][13][14].…”

Influência de diferentes protocolos de irradiação do laser de Er:YAG na morfologia dentinária, na formação da camada híbrida e na resistência adesiva

“…O diferencial do sistema universal reside na capacidade de reidratar as fibrilas colágenas, pela presença do monômero fosforilado 10-MDP, que promove a acidez e torna seu mecanismo autocondicionante (Yoshida et al, 2012). Recentemente, surgiu um novo equipamento de laser que permite a regulagem da largura de pulso, assim como o emprego de pulsos mais curtos objetivando minimizar os danos térmicos comumente observados quando pulsos longos são empregados (Trevelin et al, 2018). A eficiência dos pulsos curtos é devido ao aumento da potência pico durante a irradiação, que diminui o limiar da frequência para alcançar a ablação; consequentemente a velocidade de ablação é maior que a velocidade de difusão do calor para dentro do tecido (Krmek et al, 2009).…”

“…Assim, o emprego de energias mais baixas é mais eficiente e minimiza as alterações na superfície dentinária irradiada (Freitas et al, 2007). Por conseguinte, optou-se por utilizar uma energia de 200 mJ, sendo este o parâmetro mais encontrado na literatura consultada (Chousterman et al, 2010;Bahrami et al, 2011;Raucci-Neto et al, 2011;Trevelin et al, 2015;Trevelin et al, 2018). Para o pré-tratamento da dentina são indicados parâmetros subablasivos, ou seja, parâmetros mais baixos que aqueles indicados para preparo cavitário.…”

“…Para o pré-tratamento da dentina são indicados parâmetros subablasivos, ou seja, parâmetros mais baixos que aqueles indicados para preparo cavitário. Nesta circunstância, foi observado que energia de 80 mJ é a mais utilizada na literatura consultada (Sassi et al, 2004;Delmè, 2009;Bahrami et al, 2011;Firat et al, 2012;Baraba et al, 2013;Trevelin et al, 2015;Trevelin et al, 2018).…”

“…Com isso, o tempo de interação da energia emitida com o tecido alvo é maior, permitindo que uma parte da energia absorvida se difunda para regiões adjacentes e sítios mais distantes do tecido alvo irradiado. Como consequência, o calor residual acumulado nos tecidos e o aumento da temperatura são responsáveis pela formação de camadas alteradas com a degradação das fibrilas colágenas em diferentes profundidades da dentina (Trevelin et al, 2018). Além disso, as propriedades mecânicas e as análises moleculares mostraram a ocorrência de uma redução dos componentes orgânicos quando a dentina é irradiada com o laser de Er:YAG (He et al, 2017).…”