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Raman Spectroscopy: Application in Periodontal and Oral Regenerative Surgery for Bone Evaluation - 15/05/19

Doi : 10.1016/j.irbm.2019.05.002 
E. Gatin a, b, , P. Nagy c , I. Paun d , O. Dubok e , V. Bucur f , P. Windisch c
a University of Medicine “Carol Davila”, Faculty of Medicine, Blv. Eroii Sanitari 8, Sector 5, Bucharest, Romania 
b University of Bucharest, Faculty of Physics, Materials Department, P.O. Box MG - 11, Magurele – Bucharest, Romania 
c Semmelweis University, Faculty of Dentistry, Periodontology Department, Budapest, Hungary 
d National Institute for Laser, Plasma and Radiation Physics, CETAL Department, Atomistilor 409, 077125 Magurele – Ilfov, Romania 
e Frantsevich Institute for Problems of Materials Science, Kyiv, Ukraine 
f UMF Carol Davila, Faculty of Dentistry, Calea Plevnei 19, Sector 5, Bucharest, Romania 

Corresponding author at: University of Bucharest, Faculty of Physics, Materials Department, P.O. Box MG - 11, Magurele – Bucharest, Romania.University of BucharestFaculty of PhysicsMaterials DepartmentP.O. Box MG - 11MagureleBucharestRomania
Sous presse. Épreuves corrigées par l'auteur. Disponible en ligne depuis le mercredi 15 mai 2019
Cet article a été publié dans un numéro de la revue, cliquez ici pour y accéder

Graphical abstract

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Define a precise meaning of bone by Raman spectroscopy.
The spectra intensity related to the bone constituents' concentrations.
Spectra are reflecting the rate of the healing process.
The fluorescence (no background contamination) is related to the collagen content.
Raman spectroscopy a viable investigation method for periodontal disease.

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Abstract

Objectives

The aim of this study is to evidence the importance of the phase changes for calcified tissues evolution to the stage of “mature bone” and to define a precise meaning of bone regeneration process using Raman spectroscopy.

Materials and Methods

Reference calcium phosphates compounds and harvested bone samples from selected patients were used. Investigation method was mainly based on Raman spectroscopy.

Results

The specific peaks for the Raman shift were traced for reference calcium phosphates compounds and bone samples, as follows: 430 – 450 cm-1 (ν2, PO43-), 955 – 960 cm-1 (immature bone, amorphous bone), 960 – 965 cm-1 (mature bone, mineral bone) and 1023 cm-1 (P2O , PPi - inorganic pyrophosphate). Depending on CO quantity, its florescence peak is more or less stronger. The Raman shift corresponding to collagen proteins belongs to 800 – 900 cm−1 interval and it is the most relevant sector for spectra curvature.

Conclusions

The spectra intensity variation related to the specific bone constituents' concentrations, before and after healing, is reflecting the rate of the healing process mostly by the changes that occurred for the calcified tissues. Moreover, the bone sample fluorescence is related to the collagen content, enabling the quantification of healing process.

Clinical relevance

Therefore, since a complete evaluation of the processed spectra offers quantitative information for bone samples, Raman spectroscopy can be considered a viable investigation method (even forensics) for periodontal disease and bone quality assessment.

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Keywords : Raman spectroscopy, Periodontal disease, Calcium phosphates, Bone augmentation, Bone tissue analysis


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