《Forensic Science International》：Physicochemical markers of thermal exposure in teeth with orthodontic brackets: An integrated forensic analytical approach
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•多模式法医化学方法应用于烧灼牙齿组织。•羟基磷灰石在 400 °C 至 1000 °C 之间表现出高热稳定性。•晶体结构、分子和元素变化随温度而异。•热降解导致原子钙/磷比产生可测量的变化。•研究结果增强了烧灼牙齿证据的法医解读。引言在法医领域，人类身份识别是最具挑战性的任
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多模式法医化学方法应用于烧灼牙齿组织。
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羟基磷灰石在 400 °C 至 1000 °C 之间表现出高热稳定性。
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晶体结构、分子和元素变化随温度而异。
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热降解导致原子钙/磷比产生可测量的变化。
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研究结果增强了烧灼牙齿证据的法医解读。
引言
在法医领域，人类身份识别是最具挑战性的任务之一，尤其是当尸体发生分解、骨骼化、肢体残缺或被火化时 [1]；这些情况可能由凶杀、自杀、事故、大规模灾难等引起 [2]。当尸体暴露在火焰中时，热量通常会导致组织损伤，从浅表烧伤到烧灼的骨骼和牙齿遗骸 [3]。然而，牙齿是在高温下能够存留的结构 [[3], [4], [5]]；其组成、坚固性以及周围结构的保护使牙齿成为对大多数环境影响尤其是燃烧最抗逆的组织 [6]。因此，当尸体暴露于高温时，牙齿成为一种高度可靠的方法，为身份识别过程提供大量信息 [3]。
宏观研究报告牙齿组织在暴露于 800 °C 以下温度时发生收缩，以及在更高温度下出现裂缝 [7]、光泽丧失和牙釉质开裂、牙颈部牙本质分离、颜色变化以及牙冠和牙根在牙颈部的分离等 [[8], [9], [10]]。扫描电子显微镜 (SEM) 研究提供了更多关于牙齿内部结构变化的信息 [5]；据报道，在 400 °C 以下的温度下出现了结构改变以及模式变化、侵蚀、裂缝和碎片 [10]，在 700 °C 时牙釉质中羟基磷灰石晶体的晶粒尺寸减小 [11]，以及晶体的重组和结晶度的增加，这是一种与热重结晶过程相关的现象 [12]。这些变化与温度成正比 [13]，因此它们不仅允许估算暴露的热范围，还能理解牙齿组织在火化条件下的结构和晶体演变，从而提供关于尸体所暴露温度的信息 [6]。
同样，牙科修复材料在暴露于高温时也会表现出变化。关于复合树脂 [11,14,15]、玻璃离子水门汀 (VIC) [16]、陶瓷冠 [17]、汞齐 [[18], [19], [20]]、牙髓治疗材料 [21]、钛和玻璃纤维桩 [22]、丙烯酸和金属合金义齿 [23]、牙科配件如种植体 [24]、托槽和正畸弓丝 [25] 的研究显示，它们的结构、组成及其不同的物理化学性质发生了改变 [5]。了解这些物理和组织学变化使我们不仅能够确定尸体暴露于热量时口腔中存在的材料或配件 3 of [4]，还能在尸体识别过程中提供相关信息 [26]。
全世界平均超过 50% 的人有牙齿错颌畸形 [27]，因此托槽是死亡时可在口腔中发现的高频配件。金属托槽的成分包括不锈钢，这是铁、碳、锰、磷、镍、铬、硫、钼、硅和硼的合金 [28]；托槽通过复合树脂固定在牙齿上，这是一种可聚合树脂与有机和无机成分的混合物 [15]。
关于暴露于高温下带有粘固托槽的牙齿行为的研究很少。González-Colmenares 等人 [29] 进行了一项关于暴露于 200 °C 至 1200 °C 温度之间带有粘固托槽的牙齿外部变化的研究，发现托槽在 600 °C 时脱离，在牙齿表面留下印记，并且在 1000 °C 以上，带有托槽的牙冠呈现粉红色，托槽表面变得粗糙且不透明。Lebaron [25] 使用扫描电子显微镜评估了暴露于 250 °C 至 650 °C 温度之间不带牙齿结构的托槽、弓丝和环的行为变化，报告称托槽（无粘固）呈现出铬氧化物的氧化形式。
当托槽粘固时，酸蚀刻在牙釉质上产生微孔隙，粘合剂和树脂通过其中渗透，从而实现微机械保持。在正常条件下，当托槽就位时，它在机械上保护被覆盖的牙釉质区域。然而，如果带有粘固托槽 - 牙齿组件暴露于高温，树脂和托槽的燃烧可能会引起牙齿结构的改变，特别是修改牙齿基底在渐进热降解过程中的形态、晶体、分子和元素演变，这在法医背景下可能有用。
迄今为止，似乎没有先前的研究结合了 SEM-EDX、XRD、FTIR 和 XRF 来表征在广泛热暴露范围内带有粘固正畸托槽的牙齿组织的形态、元素、晶体和分子转变。这种多模式方法允许在互补的分析尺度上评估托槽 - 粘合剂 - 牙齿系统。因此，本研究的目的是表征暴露于 200 至 1000 °C 温度之间的带有粘固托槽的牙齿的物理化学、结构、形态和元素转变，并评估其潜在的法医相关性。
章节摘要
样品制备与收集
研究样本由 15 颗上下前磨牙和第三磨牙组成，因正畸指征被拔出，来自 15 至 30 岁的个体，他们是当地牙科诊所的患者，并签署了知情同意书。纳入根尖闭合、无龋齿、牙髓病理或先天畸形、修复体、牙髓治疗和牙釉质断裂或改变的牙齿。本研究由大学伦理委员会审查并批准，
结果
牙齿样品暴露于不同温度后，观察到在 200 °C 时两组均出现纵向裂纹；在 400 °C 时，牙齿结构开始开裂，在实验牙齿中，托槽周围出现明显的棕色晕环，并发生牙釉质与牙本质之间的分离；在 600 °C 时，托槽从牙齿表面脱落，留下黑色不均匀的矩形印记。在颜色演变中，该系统从自然色调过渡到
讨论
对照和实验样品的热暴露导致牙齿组织不同层次的修改。SEM 分析显示牙釉质表面发生进行性改变，从较低温度下的棱柱定义和表面形貌变化到较高温度下更广泛的断裂和裂缝。类似的改变，包括开裂、结构定义丧失、表面不连续以及牙釉质结构的进行性修改，
局限性
使用的标本是在临床环境中拔出的牙齿，并非来自实际的法医案例。虽然这种设计允许在标准化条件下进行控制热暴露和比较，但它不能完全重现火灾或火化的复杂性，其中加热速率和时间、氧气可用性、周围组织的存在、直接火焰接触以及热的空间分布可能有所不同。
样本量有限，标本数量较少
结论
本研究比较了无托槽的对照牙齿和带有粘固正畸托槽的实验牙齿，暴露于 200 至 1000 °C 之间的控制热暴露，使用集成的 SEM/EDX、XRD、FTIR 和 XRF 方法。在两组中，磷灰石均保持为主要的结晶相，而温度升高伴随着进行性的形态改变、碳酸盐和有机相关 FTIR 信号的减少、磷灰石反射的清晰度增加以及变化
CRediT 作者贡献声明
Jahaziel Amaya: 撰写 – 审查与编辑，撰写 – 初稿，监督，资源，项目管理，方法学，调查，资金获取，正式分析，概念化。Gretel González-Colmenares: 撰写 – 审查与编辑，撰写 – 初稿，方法学，调查，概念化。Wendy Lorena Brice?o Grajales: 撰写 – 初稿，方法学，正式分析，概念化。Alejandro Pérez Flórez: 撰写 – 初稿，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争经济利益或个人关系，这些可能被认为影响了本报告中提出的工作。
致谢
本工作由哥伦比亚波哥大首都区安东尼奥·纳里诺大学科学、技术与创新副校长办公室 (VCTI) 支持，依据内部“科学、技术、创新与创造项目”（项目编号：2024203）。作者进一步感谢美洲科技发展战略计划（CYTED）对美洲法医研究人员网络（RIIF）的支持。科学互动、协作环境以及
Jahaziel Amaya|Gretel González-Colmenares|Wendy Lorena Brice?o Grajales|Alejandro Pérez Flórez|D. Estefania Rodriguez|J.A. Torres-Luna|Angie Lorena Gómez Solano|Jeimy Andrea Sánchez Gonzáles|Laura Valentina Londo?o Celis|Daniela Isabel Hamón Betancurt|Lizbeth Gabriela González Orjuela|Carlos Martin Molina|Angela Isabel Rodríguez|Alejandra Baena
