دندانپزشک ترمیمی با لیزر بیان می کند که در بررسی اثرات بیولوژیک نور لیزر بر روی نسج دندان، خصوصا بافت های سخت عوامل متعددی را باید در نظر داشت. به گفته دندانپزشک ترمیمی با لیزر این عوامل شامل طول موج خاص، چگالی انرژی، مدت زمان تناوب تابش لیزر و نوع تاثیرپذیری بافت از نور هستند. تاثیرپذیری بافت شامل خصوصیاتی همچون جذب، عبور، پراکندگی و انعکاس انرژی لیزر می شود.
خانواده لیزر اربیوم تمایل زیادی به جذب در آب، هیدروکسی آپاتیت، و کلاژن دارند. حداکثر جذب انرژی لیزر در آب در طول موج 3 و 10 میکرون است. طول موج Er : YAG که با حداکثر طول موج جذبی در آب کاملا هماهنگ است و جذب آن در آب از هم خانواده خود یعنی Cr : YSGG، Er با طول 2.78 میکرون به شکل مشهودی بیشت است.
عمقم نفوذ نورلیزرهای اربیوم تنها در حد چند میکرومتر است. عمق نفوذ واقعی لیزر Er : YAG تناوب های 300 میکروثانیه ای ، 5 میکرون می باشد. با متمرکز نمودن انرژی لیزر روی دندان، لایه سطحی دندان که حاوی آب است به سرعت گرم می شود. بخار حاصل از تبخیر آب باعث افزایش تبخیر آب باعث افزایش حجم کریستال های سازنده دندان و در نهایت ترکیدن آن ها می شود. این انفجارها اندکی پس از آغاز تابش اشعه آغاز می گردند و تا خاموش شدن دستگاه ادامه می یابند. سرعت تراش در حدی است که گرمای اندکی به بافت های اطراف منتقل می گردد. گرم شدن دندان زمانی رخ می دهد که تحت اشعه ای با انرژی کمتر از حد لازم برای تراش قرار بگیرد. با افزایش سطح انرژی، آستانه تراش دندان توسط لیزر کاهش می یابد و سرعت تراش بیشتر می شود که خود باعث کاهش عوارض جانبی حاصل از افزیش حرارت خواهد بود. یک نکته دیگر آن است که با افزایش انرژی، فشار و سرعت مواد تراش خورده زیادتر شده و اثرات مکانیکی نیز بیشتر می شود که با ابرافروختگی پلاسما باعث کاهش اثربخشی می شود. یک روش مناسب برای کاهش حرارت بدون افزایش انرژی، پوشاندن محل عمل با یک لایه نازک آب است. با تامین لایه مناسبی از آب، سرعت تراش، اثربخشی تراش، و شکل دیواره های حفره حاصل از تراش تغییر می کند. بدون کاربرد اسپری آب، یک لایه مینای کم و بیش متصل به بافت زیرین بر جای می ماند که به خاطر از دست دادن آب باعث عدم جذب لیزر Er : YAG و کاهش سرعت تراش بیشتر بافت خواهد شد.
مکانیسم تراش بافت توسط این لیزرها کاملا شناخته شده نیست. مطالعات اولیه بر دهیدراتاسیون بافت تاکید داشتند. هر چند مشخص شده است که تنها نیمی از آب بافتی قابل تبخیر است و سرعت این تبخیر نیز آنقدر کند است که نیاز به چندین ساعت تا چند روز دارد.
مطالعات نشان داده است که برای برداشت آب قابل انتشار بافتی باید حرارت بافت حداقل به 200 تا 300 درجه برسد و برای برداشت آب بانده شده در داخل ساختار بافت این حرارت بایست تا 800 درجه افزایش یابد. از این رو، مکانیسم دهیدراتاسیون یا از دست آب بافتی برای توجیه اثر لیزرهای بافت سخت روی دندان کفایت نمی کند.
یک فرضیه دیگر تراش دندان بر اثر برخورد ذرات حاصل از Cavitation و یا قطرات آب پرسرعت است که به نام فرضیه hydrokinetic معروف شده؛ یعنی ذرات آبی که با جذب اشعه لیزر با سرعت به مینا برخورد می کنند باعث تراش خوردن آن می شود. تا به امروز مشخص نشده آیا می توان یک مکانیسم خاص را برای عملکرد طول موج لیزر اربیوم تعریف نمود یا خیر؟ مکانیسم حرارتی ـ مکانیکی در مورد لیزرهای اربیوم نیز صادق است. هنوز فرضیه hydrokinetic اثبات نشده و عده ای معتقدند که حتی اگر این پدیده واقعیت داشته باشد، اثر چندانی در تراش بافت سخت و مینای دندان نخواهد داشت. امروزه مکانیسم اثر لیزر روی مینا را برای تمام انواع طول موج ها به شکل زیر توضیح می دهند. انبساط سریع در آیی که داخل مواد معدنی زیر سطحی بافت گیر افتاده باعث انبساط حجمی و ترکیدن ناگهانی ساختارهای نسجی می گردد. بخاطر وجود اسپری آب و مدت کوتاه هر تناوب اشعه، میزان حرارت منتقل شده به بافت دندانی زیرین حداقل خواهد بود.
یک پدیده شایع در زمان کاربرد تمام لیزرهای اربیوم روی بافت دندان popping sound است که در واقع یک شوک سریع حاصل از اثر انفجاری انرژی لیزر می باشد. این صدا حاصل پدیده photo aucostic است که با توجه به وجود یا فقدان پوسیدگی دندان دارای قدرت و لرزش متنوعی است. این اثر فتوآکوستیک حاصل وارد شدن چگالی انرژی بالا در یک دوره پالس کوتاه 100 الی 250 میکروثانیه است.
علاوه بر اثر فتوآکوستیک لیزرهای اربیوم مانند طول موج های دیگر دارای خواص باکتریوسیدی نیز می باشند. طول موج اربیوم در آب موجود در سلول باکتریایی جذب شده و مانند روند تراش بافت های سخت باعث تبخیر آن می گردد. این توانایی تخریب باکتریایی یکی از مزایای دیگر کاربرد لیزر در زمان کار روی انساج نرم و سخت است.
بحث بیوفیزیک لیزرهای بافت سخت همچنان محل شک و تردید فراوان است. این موضوع که آیا هر یک از انواع لیزرهای اربیوم Er : YAG و Er : YSGG دارای مکانیسم مخصوص به خود است یا نه حل نشده باقی مانده و انجام تحقیقات بیشتر در این مورد ضروری است.
