Mikroskop sił atomowych (AFM), skonstruowany w 1986 roku, umożliwia uzyskanie obrazu powierzchni ze zdolnością rozdzielczą rzędu wymiaru atomów. Zasada działania tego systemu wykorzystuje siły oddziaływań międzyatomowych, powstałych podczas skanowania igłą powierzchni badanej próbki. Prezentowana technika znajduje szczególne zastosowanie w badaniach struktury, własności i dynamiki biomateriałów.

Podstawy teoretyczne budowy systemu AFM oraz możliwości jego wykorzystania omówiono we wcześniejszej publikacji (1).

W badaniach dla potrzeb stomatologii mikroskopia sił atomowych wykorzystywana jest od niedawna. Pozwala ona śledzić złożone zjawiska zachodzące na pograniczu powierzchni zęba i środowiska jamy ustnej. Przewidywana wysoka czułość techniki AFM umożliwia ocenę zmian toczących się w tkankach na poziomie subklinicznym, pod wpływem wielu zjawisk chemicznych i fizycznych. Analiza przeglądu piśmiennictwa zachęciła autorów do podjęcia badań własnych z zastosowaniem techniki AFM. Celem pracy była prezentacja wybranych przykładów zastosowania mikroskopii sił atomowych (AFM) w ocenie struktury szkliwa ludzkiego.

Jako materiał do badań in vitro wykorzystano ludzkie zęby usunięte z różnych wskazań stomatologicznych. Zęby po ekstrakcji płukano pod bieżącą wodą, oczyszczano mechanicznie i przechowywano w roztworze wody destylowanej z dodatkiem kryształków tymolu. Oczyszczone i utrwalone zęby wykorzystywano do dalszych badań w postaci próbek szkliwa.

Przygotowano 15 próbek szkliwa (3 mm x 4 mm) zatopionych w sześciennych bloczkach akrylowych (Durabase), które następnie płukano w myjce ultradźwiękowej i szlifowano oraz polerowano papierem z ostatecznym nasypem ziarna 0,3 ?m. Widok przygotowanych próbek przedstawia rycina 1. Próbki podzielono na cztery grupy i poddano wybranym procedurom chemicznym i fizycznym. Wykaz procedur zastosowanych w poszczególnych grupach badawczych zestawiono w tabeli 1. W grupie A wykorzystano kontrolne próbki szkliwa prawidłowego. W grupie B uwzględniono próbki szkliwa prawidłowego, które na okres 24 h umieszczono w cieplarce, w temperaturze 37°C, w mieszaninie ludzkiej śliny. W grupie C znalazły się próbki, które po 24-godzinnej inkubacji w ludzkiej ślinie poddano działaniu preparatu wybielającego zawierającego 14% H₂O₂ (blend a med, Whitestrips Supreme) przez okres 30 minut. Grupa D zawierała próbki, na powierzchnie których aplikowano 60 ?l coca-coli na okres 3 min.

Po przeprowadzeniu wyżej opisanych procedur, powierzchnie wszystkich próbek oceniano z zastosowaniem systemu nanotechnologii. W badaniach użyto Mikroskop Sił Atomowych AFM Digital Instruments (USA) NanoScope IV, pracując w trybie Taping mode (ryc. 2).

Obrazy powierzchni szkliwa poddanego wybranym procedurom badawczym, zarejestrowane z użyciem mikroskopu sił atomowych zaprezentowano na rycinach 3-6.

Na rycinie 3 widoczny jest obraz szkliwa prawidłowego (grupa A), z uporządkowaną strukturą krystaliczną, złożoną ze ściśle upakowanych kryształów, otoczonych przestrzeniami między-pryzmatycznymi o niewielkim świetle.

Rycina 4 obrazuje próbkę szkliwa prawidłowego, inkubowanego w ludzkiej ślinie (grupa B). Na gładkiej powierzchni szkliwa widoczne są ziarniste, nieregularnie rozmieszczone, pojedyncze złogi. Zaadsorbowane złogi cechuje budowa wielkocząsteczkowa.

Obraz AFM szkliwa poddanego działaniu środka wybielającego (grupa C) zaprezentowano na rycinie 5. Analiza fotogramu wykazała, tworzenie się regularnych mikro-zagłębień na powierzchni szkliwa, o ograniczonej głębokości, sięgającej od 1 do 5 nm (ryc. 5).

Powierzchnię szkliwa trawionego napojem Coca-cola (grupa D) zilustrowano na rycinie 6. Obrazy AFM pozwalają zaobserwować już po 3 min. pojawienie się na powierzchni szkliwa zagłębień o nieregularnym zarysie i zróżnicowanej głębokości, sięgającej od 10 do 30 nm.

– Mikroskopia sił atomowych umożliwia uzyskanie obrazu o dużej precyzji, przez co pozwala na szczegółową ocenę jakości badanej powierzchni.