Effect of citric acid concentration and etching duration on the surface roughness of prepared human tooth enamel: an in vitro study

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

BACKGROUND: Citric acid, commonly encountered through the consumption of fruits and juices, is a frequent factor affecting teeth in daily life. It contributes to enamel dissolution, exposing the underlying dentin in the crown region and potentially leading to significant tooth surface loss. On the other hand, acid etching is widely used in restorative dentistry to enhance the adhesion of restorative materials to tooth surfaces. This process partially dissolves and demineralizes the enamel’s inorganic matrix, creating micropores and microgrooves that increase surface roughness. Pre-etching of enamel improves the bond strength of resin-based adhesives compared to non-etched enamel. Orthodontists also employ acid etching to create retention surfaces, which enhances bracket adhesion but simultaneously weakens adjacent enamel prisms, increases permeability, promotes biofilm adhesion, and reduces enamel’s protective properties.

AIM: To evaluate the effect of citric acid exposure time and etching duration on the surface properties of dental hard tissues, including enamel and dentin.

MATERIALS AND METHODS: Three enamel samples were obtained from a maxillary molar extracted from a 21-year-old male patient. The tooth was embedded in epoxy resin for easier sectioning. Sectioning parameters on the IsoMet 4000 (Buehler, Switzerland) were set to a disk rotation speed of 2500 rpm and a feed rate of 10 mm/min. Three distinct areas were selected for analysis. Each sample was embedded in epoxy resin again for subsequent grinding and polishing, which was performed simultaneously for all three samples using the MetaServ 250 (Buehler, Switzerland). The prepared enamel surfaces were examined using an optical microscope (Stemi 305; Carl Zeiss, Germany) equipped with a color video camera (Axiocam 105; Carl Zeiss, Germany) under reflected light. The samples were etched as follows: Sample 1 with 0.5 wt.% citric acid (pH = 2.3), Sample 2 with 3 wt.% citric acid (pH = 1.86), and Sample 3 with 5 wt.% citric acid (pH = 1.71). The pH was measured using Cobra4 Mobile-Link (PHYWE, Germany). Atomic force microscopy of enamel surface topography before and after etching was performed using the NANOEDUCATOR microscope (NT-MDT, Russia) with a tungsten probe operating in non-contact mode. Surface roughness (Ra) was measured at each etching stage for each sample using the Gwyddion software (Czech Metrology Institute, Czech Republic).

RESULTS: Optical microscopy provided images of enamel, dentin, and the dentinoenamel junction, confirming the healthy condition of the examined samples. The findings suggest that 5 wt.% citric acid is more suitable for controlled etching than 37% phosphoric acid, as prolonged exposure to phosphoric acid can cause severe enamel damage. AFM analysis demonstrated the surface characteristics of each sample before and after etching at different time intervals. A linear increase in surface roughness was observed in all samples after 45 s of etching.

CONCLUSION: For achieving significant surface roughness and visualizing enamel prisms within a reasonable timeframe, etching with 5 wt.% citric acid is recommended. However, further studies on the adhesive properties of enamel post-etching with citric acid are necessary for clinical implementation.

作者简介

Stanislav Maksyukov

Rostov State Medical University

编辑信件的主要联系方式.
Email: kafstom2.rostgmu@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-7823-8906
SPIN 代码: 8542-8660

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

俄罗斯联邦, Rostov-on-Don

Ekaterina Maksyukova

Rostov State Medical University

Email: Katerina_maksyukova@mail.ru
ORCID iD: 0009-0004-5495-6726

MD, Cand. Sci. (Medicine)

俄罗斯联邦, Rostov-on-Don

Olga Risovannaya

Kuban State Medical University

Email: dentrosa@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0779-1055
SPIN 代码: 6283-6910

MD, Dr. Sci. (Medicine), Professor

俄罗斯联邦, Krasnodar

参考

  1. Egina DV, Maksyukov SYu, Nektarevskaya IB. Mechanical properties of tooth enamel and dentin after etching with citric acid with different concentrations using nanoindentation. Stomatologija dlja vseh. 2023;(2):12–15. doi: 10.35556/idr-2023-2(103)12-15 EDN: IWAYCM
  2. George J, Mary Varughese J, Narayanankutty SK, et al. The effect of food polymers (pectin, alginate, and gum arabic) on carbonated drink-induced enamel demineralization: an in vitro study. Cureus. 2024;16(3):e56385. doi: 10.7759/cureus.56385 EDN: RXGBCL
  3. Wang Y, Chen S, Tan S. A monetite/amorphous silica complex for long-term dentine hypersensitivity treatment through the acid stability and mineralization promoting effect of silica. J Mater Chem B. 2024;12(41):10736–10744. doi: 10.1039/d4tb00600C EDN: LNVGNC
  4. House KL, Pan L, O’Carroll DM, Xu S. Applications of scanning electron microscopy and focused ion beam milling in dental research. Eur J Oral Sci. 2022;130(2):e12853. doi: 10.1111/eos.12853 EDN: ZXTUKD
  5. Signore A, Solimei L, Arakelyan MG, et al. Signore a 24-month randomized clinical study of flowable bulk-fill resin composites in class III restorations. J Clin Exp Dent. 2024;16(2):e111–e123. doi: 10.4317/jced.61153 EDN: HVQVXX
  6. Kaya A, Bilgiç Zortuk F. Comparison of enamel discoloration using flash-free and conventional adhesive brackets with different finishing protocols. Turk J Orthod. 2023;36(4):248–253. doi: 10.4274/TurkJOrthod.2023.2022.154 EDN: YLCBUS
  7. Torres-Gallegos I, Zavala-Alonso V, Patiño-Marín N, et al. Enamel roughness and depth profile after phosphoric acid etching of healthy and fluorotic enamel. Aust Dent J. 2012;57(2):151–156. doi: 10.1111/j.1834-7819.2012.01677.x
  8. Sadyrin EV, Kislyakov EA, Karotkiyan RV, et al. Influence of citric acid concentration and etching time on enamel surface roughness of prepared human tooth: in vitro study. In: Plasticity, damage and fracture in advanced materials. 2020. P. 135–150. doi: 10.1007/978-3-030-34851-9_8
  9. Alcántara-Obispo E, Santander-Rengifo F, Ladera-Castañeda M, et al. Adhesive strength in dentin conditioned with 18% ethylenediaminetetraacetic acid versus 35% phosphoric acid: in vitro study with 1-year artificial aging. Polymers (Basel). 2022;14(20):4291. doi: 10.3390/polym14204291 EDN: XHDWJT
  10. Janfaza J, Valizadeh S, Tanbakuchi B. Comparative assessment of the shear bond strength of ceramic brackets bonded to the enamel surface with a self-adhesive system. Front Dent. 2024;21:18. doi: 10.18502/fid.v21i18.15551 EDN: IODVEY
  11. Ren Z, Wang R, Zhu M. Comparative evaluation of bonding performance between universal and self-etch adhesives: In vitro study. Heliyon. 2024;10(15):e35226. doi: 10.1016/j.heliyon.2024.e35226
  12. Ñaupari-Villasante R, Ocampo JB, Cardenas A, et al. Effect of the viscosity and application time of different phosphoric acids on the bond strength and nanoleakage of fiber posts to root dentin. Oper Dent. 2022;47(6):E253–E263. doi: 10.2341/21-118-L EDN: IQJESL
  13. Özduma ZC, Tuncer D. Effect of resin infiltration and various etching techniques on the bond strength of sound and demineralized enamel. European Annals of Dental Sciences. 2023; 50 (3): 126–132. doi: 10.52037/eads.2023.0029 EDN: XIKNSJ
  14. Gordeeva NO, Egorova AV, Magomedov TB, Venatovskaya NV. Methodology for reducing the risk of pathology of hard tissues of teeth with non-removable orthodontic treatment equipment. Saratov Journal of Medical Scientific Research. 2011;7(1):230–233. (In Russ.) EDN: OGBBWF
  15. Serbanoiu DC, Vartolomei AC, Ghiga DV, et al. A comparative analysis of enamel surface roughness following various interproximal reduction techniques: an examination using scanning electron microscopy and atomic force microscopy. Biomedicines. 2024;12(8):1629. doi: 10.3390/biomedicines12081629 EDN: KEFXUQ
  16. Watari F. In situ quantitative analysis of etching process of human teeth by atomic force microscopy. J Electron Microsc (Tokyo). 2005;54(3):299–308. doi: 10.1093/jmicro/dfi056 EDN: ISJANV
  17. Simmer JP, Hardy NC, Chinoy AF, et al. How fluoride protects dental enamel from demineralization. J Int Soc Prev Community Dent. 2020;10(2):134–141. doi: 10.4103/jispcd.JISPCD_406_19 EDN: DJNSWK
  18. Loyola-Rodriguez JP, Zavala-Alonso V, Reyes-Vela E, et al. Atomic force microscopy observation of the enamel roughness and depth profile after phosphoric acid etching. J Electron Microsc (Tokyo). 2010;59(2):119–125. doi: 10.1093/jmicro/dfp042
  19. Ostolopovskaya OV, Anokhina AV, Ruvinskaya GR. Modern adhesive systems in clinical dentistry. Prakticheskaja medicina. 2013;(4):15–20. EDN: RDYDFR
  20. Mirjanić Đ, Mirjanić V, Vojinović J. Testing the effect of aggressive beverage on the damage of enamel structure. Contemporary Materials VI-1. 2015; 6 (1). doi: 10.7251/COMEN1501055M

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2. Fig. 1. Selected surface areas for atomic force microscopy scanning: a — sample 1; b — sample 2; c — sample 3. © Eco-Vector, 2025.

下载 (324KB)
3. Fig. 2. AFM images of surfaces before etching (a — sample 1, b — sample 2, c — sample 3) and after 1 s of etching (d — sample 1, e — sample 2, f — sample 3). The images do not reflect the details of the microstructure. AFM — atomic force microscopy. © Eco-Vector, 2025.

下载 (1MB)
4. Fig. 3. AFM images of surfaces after 15-second etching of samples (a — sample 1, b — sample 2, c — sample 3) and after 30-second etching (d — sample 1, e — sample 2, f — sample 3). Qualitative change in surface microgeometry. AFM — atomic force microscopy. © Eco-Vector, 2025.

下载 (1MB)
5. Fig. 4. AFM images of sample surfaces after 45 s of etching (a — sample 1, b — sample 2, c — sample 3) and after 60 s of etching (d — sample 1, e — sample 2, f — sample 3). AFM — atomic force microscopy. © Eco-Vector, 2025.

下载 (834KB)
6. Fig. 5. Surface profiles of the samples after each etching step: 1 — without etching, 2 — after etching for 1 s, 3 — for 15 s, 4 — for 30 s, 5 — for 45 s, 6 — for 60 s. © Eco-Vector, 2025.

下载 (560KB)
7. Fig. 6. High-resolution image of sample 1 after 60 s of etching. © Eco-Vector, 2025.

下载 (92KB)
8. Fig. 7. Horizontal surface profile of sample 1 after 60 s of etching (with high resolution). © Eco-Vector, 2025.

下载 (63KB)
9. Fig. 8. Dependence of the surface roughness Ra on the etching time in different directions (1 — horizontal, 2 — vertical, 3 — diagonal) for: а — sample 1, b — sample 2, c — sample 3. © Eco-Vector, 2025.

下载 (338KB)
10. Fig. 9. Dependence of the absolute value of the surface roughness of Raabsol on the etching time for all samples. The number on the graph corresponds to the sample number. © Eco-Vector, 2025.

下载 (107KB)

版权所有 © Eco-Vector, 2025

Creative Commons License
此作品已接受知识共享署名-非商业性使用-禁止演绎 4.0国际许可协议的许可。
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».