Cum rezistă smalțul dinților toată viața?
Smalțul dinților este cea mai dură substanță din corpul uman, dar, până acum, nimeni nu știa cum a reușit să dureze o viață. Autorii unui studiu recent concluzionează că secretul smalțului constă în alinierea imperfectă a cristalelor.
Dacă ne tăiem pielea sau ne rupem un os, aceste țesuturi se vor repara singure; corpurile noastre sunt excelente în recuperarea după rănire.
Smalțul dinților, totuși, nu se poate regenera, iar cavitatea bucală este un mediu ostil.
În fiecare masă, smalțul este supus unui stres incredibil; de asemenea, suferă modificări extreme atât ale pH-ului, cât și ale temperaturii.
În ciuda acestei adversități, smalțul dinților pe care îl dezvoltăm în copilărie rămâne cu noi pe parcursul zilelor noastre.
Cercetătorii s-au interesat mult timp de modul în care smalțul reușește să rămână funcțional și intact o viață întreagă.
După cum spune unul dintre autorii celui mai recent studiu, prof. Pupa Gilbert de la Universitatea din Wisconsin – Madison spune: „Cum previne eșecul catastrofal?”
Secretele smalțului
Cu asistența cercetătorilor de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) din Cambridge și de la Universitatea din Pittsburgh, PA, prof. Gilbert a aruncat o privire detaliată asupra structurii smalțului.
Echipa de oameni de știință a publicat acum rezultatele studiului său în revista Nature Communications.
Smalțul este alcătuit din așa-numitele tije de smalț, care constau din cristale de hidroxiapatită. Aceste tije lungi și subțiri de email au o lățime de aproximativ 50 nanometri și o lungime de 10 micrometri.
Prin utilizarea tehnologiei de imagistică de ultimă oră, oamenii de știință ar putea vizualiza modul în care cristalele individuale din smalțul dinților sunt aliniate. Tehnica, pe care prof. Gilbert a proiectat-o, se numește cartografiere a contrastului imagistic dependent de polarizare (PIC).
Înainte de apariția cartografierii PIC, era imposibil să studiezi smalțul cu acest nivel de detaliu. „[Da] puteți măsura și vizualiza, în culori, orientarea nanocristalelor individuale și puteți vedea multe milioane deodată”, explică prof. Gilbert.
„Arhitectura biomineralelor complexe, cum ar fi smalțul, devine imediat vizibilă cu ochiul liber pe o hartă PIC.”
Când au văzut structura smalțului, cercetătorii au descoperit modele. „În general, am văzut că nu exista o singură orientare în fiecare tijă, ci o schimbare treptată a orientărilor cristalelor între nanocristalele adiacente”, explică Gilbert. „Și atunci întrebarea a fost„ Este o observație utilă? ””
Importanța orientării cristalului
Pentru a testa dacă schimbarea alinierii cristalelor influențează modul în care smalțul răspunde la stres, echipa a recrutat ajutor de la prof. Markus Buehler de la MIT. Folosind un model de computer, au simulat forțele pe care le-ar experimenta cristalele de hidroxiapatită atunci când o persoană mestecă.
În cadrul modelului, au plasat două blocuri de cristale unul lângă celălalt, astfel încât blocurile să se atingă de-a lungul unei margini. Cristalele din fiecare dintre cele două blocuri au fost aliniate, dar acolo unde au intrat în contact cu celălalt bloc, cristalele s-au întâlnit într-un unghi.
De-a lungul mai multor studii, oamenii de știință au modificat unghiul la care s-au întâlnit cele două blocuri de cristale. Dacă cercetătorii ar alinia perfect cele două blocuri la interfața unde s-au întâlnit, ar apărea o fisură atunci când ar aplica presiune.
Când blocurile s-au întâlnit la 45 de grade, a fost o poveste similară; a apărut o fisură la interfață. Cu toate acestea, când cristalele au fost ușor nealiniate, interfața a deviat fisura și a împiedicat răspândirea acesteia.
Această constatare a stimulat o investigație suplimentară. În continuare, prof. Gilbert a dorit să identifice unghiul perfect de interfață pentru o rezistență maximă. Echipa nu a putut folosi modele de computer pentru a investiga această întrebare, așa că prof. Gilbert și-a pus încrederea în evoluție. „Dacă există un unghi ideal de dezorientare, pun pariu că este cel din gura noastră”, a decis ea.
Pentru a investiga, co-autorul Cayla Stifler a revenit la informațiile originale de cartografiere PIC și a măsurat unghiurile dintre cristalele adiacente. După generarea a milioane de puncte de date, Stifler a constatat că 1 grad a fost cea mai frecventă dimensiune a dezorientării, iar maximul a fost de 30 de grade.
Această observație a fost de acord cu simularea - unghiurile mai mici par mai bine capabile să devieze fisurile.
„Acum știm că fisurile sunt deviate la nano-scară și, prin urmare, nu se pot propaga foarte departe. Acesta este motivul pentru care dinții noștri pot rezista toată viața fără a fi înlocuiți ".
Prof. Pupa Gilbert
