研究糖尿病对牙齿硬组织元素组成的影响：激光诱导击穿光谱技术——一种潜在的检测工具

《Journal of Dentistry》：Measuring elemental compositional effect of diabetes on dental hard tissues: Laser-induced Breakdown Spectroscopy, a potential tool

糖尿病对牙齿组织元素组成的影响及LIBS技术分析

　　

穆罕默德·穆斯塔法·达斯塔吉尔（Muhammad Mustafa Dastageer）|库拉姆·西拉杰（Khurram Siraj）|沙齐娅·纳兹（Shazia Naz）|穆罕默德·阿米尔·伊斯拉尔（Muhammad Aamir Israr）|萨米-乌尔-哈克（Sami-Ul-Haq）|穆罕默德·卡西姆（Muhammad Qasim）

激光与光电子学中心，巴基斯坦拉合尔工程与技术大学（UET）物理系，主校区，G.T.路

摘要

目的

本研究评估了2型糖尿病（T2DM）对人类牙齿组织（牙釉质、冠部牙本质和牙骨质）元素组成的影响。

方法

选取了30颗拔出的前磨牙和磨牙（健康组：n=13，糖尿病组：n=17），将其分别切成牙釉质、牙本质和牙骨质。采用无需一线校准的激光诱导击穿光谱法（OL-CFLIBS）对这三种组织进行成分分析，并通过能量色散X射线光谱法（EDS）进行了验证。OL-CFLIBS中使用了激光诱导等离子体的参数（等离子体温度和电子数密度）。结果的使用通过学生t检验和Mann-Whitney U检验进行统计显著性评估（P < 0.05）。

结果

与健康参与者相比，糖尿病患者的牙齿组织在激光诱导下产生的等离子体参数（电子数密度和等离子体频率）值更高。糖尿病组织的Zn、Sr、Si和K浓度较低（P < 0.05），而Fe和Sn浓度较高（P < 0.05），这与糖尿病有关。LIBS的定量结果与EDS在Ca、P、Na元素上的测量结果相对误差在5%以内一致。

结论

通过检测等离子体参数的变化和微量元素的浓度，可以测量出糖尿病对三种组织元素组成的影响。

临床意义

在临床实践中，激光诱导击穿光谱法（LIBS）可作为牙科领域的诊断和预防工具，用于监测微量元素含量，从而实现早期干预并降低糖尿病患者治疗失败的风险。

部分内容摘录

引言

2型糖尿病（T2DM）是一种代谢紊乱，其特征是由于胰岛素抵抗和胰岛素分泌减少导致的高血糖。根据国际糖尿病联合会（IDF）2021年的报告，估计有5.37亿20至79岁的成年人患有糖尿病，占该年龄段全球人口的10.5%以上。预计到2030年这一数字将增加到6.43亿（11.3%），到2045年将增加到7.83亿（12.2%）[1]。

样本收集

我们的研究获得了巴基斯坦拉合尔de?Montmorency牙科学院伦理审查委员会的批准（批准编号：2221-DCD，2023年5月30日），符合世界医学协会的《赫尔辛基宣言》要求。在获得参与者的书面同意后，收集了健康和糖尿病患者的牙齿样本（前磨牙和磨牙）。共从30名25至65岁的参与者那里获取了30颗拔出的牙齿标本。

定性分析

根据发射波长，将每种牙齿组织的LIBS光谱严格分为三个区域：紫外区（UV）、可见光区和近红外区（NIR）。组织光谱的定性分析检测到了16种元素（Ca、P、Na、Mg、Fe、Zn、Si、Sn、Sr、K、Cr、Ba、H、O、C和N），如图2（a-f）所示。观察到的光谱来自元素的中性或单电离跃迁。

结论

本研究利用LIBS技术和OL-CFLIBS框架，探讨了2型糖尿病（T2DM）对牙齿组织化学组成的影响。糖尿病组织中的激光诱导等离子体参数（等离子体温度、电子数密度、等离子体频率和电离程度）相对较高，这些变化与健康组织相比具有统计学意义（P < 0.05）。进一步利用等离子体参数对元素进行了定量分析。

伦理批准

本研究符合《赫尔辛基宣言》的要求，并得到了de?Montmorency牙科学院伦理审查委员会的批准（批准编号：2221-DCD，2023年5月30日）。

资金声明

本研究未获得公共部门、商业部门或非营利组织的任何特定资助。

关于写作过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在撰写本手稿期间，作者使用了ChatGPT（Open AI）来提升和优化科学英语表达，以提高写作质量。该工具生成的所有内容均由作者审核和编辑，作者对最终出版物的内容负全责。

CRediT作者贡献声明

穆罕默德·穆斯塔法·达斯塔吉尔（Muhammad Mustafa Dastageer）：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、软件应用、方法设计、实验研究、数据分析、概念构建。库拉姆·西拉杰（Khurram Siraj）：验证、监督、软件应用、资源协调、项目管理、方法设计。沙齐娅·纳兹（Shazia Naz）：监督、资源协调、数据分析、概念构建。穆罕默德·阿米尔·伊斯拉尔（Muhammad Aamir Israr）：方法设计、实验研究、数据分析。萨米-乌尔-哈克（Sami-Ul-Haq）：撰写 – 审稿与编辑、验证。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢de?Montmorency牙科学院的工作人员为采访参与者提供的便利。特别感谢医生们对样本的检查以及他们在研究工作方面给予的建议。