Оптические свойства дентина зуба человека при иммерсии in vitro в глюкозе и кинетика этого процесса

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Селифонов А.А., Тучин В.В. Оптические свойства дентина зуба человека при иммерсии in vitro в глюкозе и кинетика этого процесса // Оптический журнал. 2020. Т. 87. № 3. С. 46–55. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-03-46-55

Selifonov A.A., Tuchin V.V. Optical properties of human dentin when it is immersed in glucose in vitro and the kinetics of this process [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2020. V. 87. № 3. P. 46–55. http://doi.org/10.17586/1023-5086-2020-87-03-46-55

Ссылка на англоязычную версию:

A. A. Selifonov and V. V. Tuchin, "Optical properties of human dentin when it is immersed in glucose in vitro and the kinetics of this process," Journal of Optical Technology. 87(3), 168-174 (2020). https://doi.org/10.1364/JOT.87.000168

Аннотация:

Управление оптическими свойствами биологических тканей является одной из важнейших современных задач клинической медицины как для выявления начальных форм заболеваний, так и для эффективной фототерапии и лазерной хирургии. В ходе проведенных in vitro исследований образцов дентина с использованием метода отражательной спектроскопии вычислен эффективный коэффициент диффузии 40%-го водного раствора глюкозы в дентине, который составил (5,4 ± 0,8)×10–6 см2/с. Определена эффективность оптического просветления дентина зуба человека при иммерсии в 40%-ом растворе глюкозы при измерении полного пропускания образцов в спектральном диапазоне от 200 до 800 нм. Выявлено, что наибольшая эффективность просветления достигается на длине волны 250 нм за 90 мин действия 40%-го раствора глюкозы и составляет 370%, а на 400 нм — 83%.

Ключевые слова:

дентин, глюкоза, диффузия, спектры диффузного отражения, спектры полного пропускания, оптическое просветление

Благодарность:

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований 17-00-00272 (17-00-00275 (K)).
Настоящая статья не содержит каких-либо исследований с участием людей в качестве объектов исследований.
Авторы выражают благодарность канд. физ.-мат. наук Скибиной Юлии Сергеевне, ООО НПП «Наноструктурная технология стекла» за подготовку образцов.

Коды OCIS: 290.1990, 300.0300, 300.6530

Список источников:

1. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях, 2-е изд. М.: Физматлит, 2010. 488 с.
2. Тучин В.В. Оптика биологических тканей. Методы рассеяния света в медицинской диагностике, 2-е изд. М.: Физматлит, 2012. 811 с.
Tuchin V.V. Tissue optics: Light scattering methods and instruments for medical diagnostics. 3rd ed. Bellingham, WA, USA: SPIE Press, 2015. V. PM254. 934 р.
3. James S.K., Daniel D.B., Shugars A., et al. Influence of 2 caries-detecting devices on clinical decision making and lesion depth for suspicious occlusal lesions: A randomized trial // from The National Dental Practice-Based Research Network / J. Am. Dent. Assoc. 2018. V. 149. № 4. Р. 299–307.
4. Choo-Smith L.P., Dong C.C.S., Cleghorn B., et al. Shedding new light on early caries detection // J. Canadian Dent. Association. 2009. V. 74. P. 913–918.
5. Imai K., Shimada Y., Sadr A., et al. Noninvasive cross-sectional visualization of enamel cracks by optical coherence tomography in vitro // J. Endod. 2012. V. 38. P. 1269–1274.
6. Jin-Young Park, Jung-Ho Chung, Jung-Seok Lee, et al. Comparisons of the diagnostic accuracies of optical coherence tomography, micro-computed tomography, and histology in periodontal disease: An ex vivo study // J. Periodontal Implant. Sci. 2017. V. 1. № 47. Р. 30–40.
7. Sherri L.C. Detection of white spot lesions around orthodontic brackets using polarization-sensitive optical coherence tomography // Am. J. Orthod. Dentofacial Orthop. 2007. V. 132. P. 711.
8. Bensona P.E., Shahb A.A., Willmotc D.R. Polarized versus nonpolarized digital images for the measurement of demineralization surrounding orthodontic brackets // Angle Orthodontist. 2008. V. 78. № 2. P. 288–293.
9. Larin K.V., Ghosn M.G., Bashkatov A.N., et al. Optical clearing for OCT image enhancement and in-depth monitoring of molecular diffusion // IEEE J. Select. Tops. Quant. Electr. 2012. V. 18. № 3. P. 1244–1259.
10. Tuchin V.V. Tissue optics and photonics: Light-tissue interaction II [Review] // J. Biomedical Photonics & Eng. 2016. V. 2. Р. 030201-1–31.
11. Genina E.A., Bashkatov A.N., Sinichkin Yu.P., et al. Optical clearing of biological tissues: Prospects of application in medical diagnostics and phototherapy // J. Biomed. Photonics & Eng. 2015. V. 1. № 1. P. 22–58.
12. Генина Э.А., Башкатов А.Н., Семячкина-Глушковская О.В., et al. Оптическое просветление черепной кости многокомпонентными иммерсионными растворами и визуализация церебрального венозного кровотока // Изв. Сарат. ун-та. Новая серия, сер. Физика. 2017. Т. 17. Вып. 2. С. 98–110.
13. Genina E.A., Bashkatov A.N., Tuchin V.V. Optical clearing of human dura mater by glucose solutions // J. Biomedical Photonics & Eng. 2017. V. 3. № 1. Р. 010309.
14. Башкатов А.Н., Генина Э.А., Тучин В.В. Определение диффузии глюкозы в твердой мозговой оболочке человека // Изв. Саратовского ун-та. Новая серия, сер. Физика. 2018. Т. 18. № 1. С. 32–45.
15. Tuchina D.K., Timoshina P.A., Tuchin V.V., et al. Kinetics of rat skin optical clearing at topical application of 40% glucose: Ex vivo and in vivo studies // IEEE J. Select. Tops. Quant. Electr. 2019. V. 25. № 1. Р. 7200508.
16. Oliveira L.M., Carvalho M.I., Nogueira E., et al. The characteristic time of glucose diffusion measured for muscle tissue at optical clearing // Laser Phys. 2013. V. 23. № 7. Р. 075606.
17. Башкатов А.Н., Генина Э.А., Тучин В.В. Оптическое просветление биологических тканей: перспективы применения в медицинской диагностике и фототерапии // Альманах клинической медицины. 2008. № 17-1. С. 39–42.
18. Котык А., Яначек К. Мембранный транспорт. М.: Мир, 1980. 344 с.
19. Генина Э.А., Башкатов А.Н., Чикина Е.А. и др. Диффузия метиленового синего в слизистой оболочке верхнечелюстной пазухи человека // Биофизика. 2007. Т. 52. № 6. С. 1104–1111.
20. Кудрин И.С. Анатомия органов полости рта. М.: Медицина, 1968. 361 с.
21. Грисимов В., Радлинский С. Влияние оптической анизотропии дентина на цвет зуба // Дент. Арт. 2006. Т. 1. № 26. С. 34–53.
22. Bashkatov A.N., Genina E. A., Tuchin V. V. Measurement of glucose diffusion coefficients in human tissues // in Handbook of Optical Sensing of Glucose in Biological Fluids and Tissues. Ed. Tuchin V.V. / Taylor & Francis Group LLC, CRC Press, 2009. Ch. 1. Р. 587–621.
23. Zhou Y., Yao J., Wang L. Tutorial on photoacoustic tomography // J. Biomed. Opt. 2016. V. 6. № 21. P. 061007.

24. Tuchin V.V., Altshuler G.B. Dental and oral tissue optics // in Photonics in Dentistry. Series of Biomaterials and Bioengineering. Eds. Kishen A. and Asundi A. / London: Imperial College Press, 2006. Р. 245–300.
25. Беликов А.В., Грисимов В.Н., Скрипник А.В., Шатилова К.В. Лазеры в стоматологии (Часть 1). СПб.: Университет ИТМО, 2015. 108 с.
26. Gutter F.J., Kegeles G. Diffusion in supersaturated solutions: II. Glucose solutions // J. Am. Chem. Soc. 1953. V. 75. № 15. P. 3900–3904.
27. Mс Laughlin E. Diffusion in a mixed dense fluid // J. Chem. Phys. 1969. V. 50. № 3. P. 1254–1262.
28. Селифонов А.А., Тучин В.В. Изучение диффузии метиленового синего в дентине зуба человека // Биофизика. 2018. Т. 63. № 6. С. 1211–1215.
29. Selifonov А.А., Tuchin V.V. Diffusion of methylene blue in human dentin in the presence of glucose: In vitro study // Proc. SPIE. 2019. Saratov Fall Meeting 2018: Optical and Nano-Technologies for Biology and Medicine, 2019. Р. 11065.
30. Amsden B. Solute diffusion within hydrogels. Mechanisms and models // Macromolecules. 1998. V. 31. № 23. P. 8382–8395.
31. Trunina N.A., Lychagov V.V., Tuchin V.V. OCT monitoring of diffusion of water and glycerol through tooth dentine in different geometry of wetting // Proc. SPIE. 2010. V. 7563. P. 7563OU.
32. Тучин В.В., Башкатов А.Н., Генина Э.А., Синичкин Ю.П., Лакодина Н.А. In vivo исследование динамики иммерсионного просветления кожи человека // Письма ЖТФ. 2001. Т. 27(12). С. 10–14.
33. Bashkatov A.N., Berezin K.V., Dvoretskiy K.N., et al. Measurement of tissue optical properties in the context of tissue optical clearing // J. Biomed. Opt. 2018. V. 23. Р. 091416.
34. Carneiro I., Carvalho S., Henrique R., et al. Moving tissue spectral window to the deep-ultraviolet via optical clearing // J. Biophotonics. 2019. e201900181.
35. Alexandrovskaya Y.M., Evtushenko E.G., Obrezkova M.M., et al. Control of optical transparency and infrared laser heating of costal cartilage via injection of iohexol // J Biophotonics. 2018. Jul. 25:e201800195. DOI: 10.1002/jbio.201800195.