Πώς διαρκεί το σμάλτο των δοντιών μια ζωή;
Το σμάλτο των δοντιών είναι η πιο δύσκολη ουσία στο ανθρώπινο σώμα, αλλά, μέχρι τώρα, κανείς δεν ήξερε πώς κατάφερε να διαρκέσει μια ζωή. Οι συγγραφείς μιας πρόσφατης μελέτης καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι το μυστικό του σμάλτου έγκειται στην ατελή ευθυγράμμιση των κρυστάλλων.
Εάν κόψουμε το δέρμα μας ή σπάσουμε ένα οστό, αυτοί οι ιστοί θα επιδιορθωθούν. το σώμα μας είναι εξαιρετικό στην ανάρρωση από τραυματισμό.
Το σμάλτο των δοντιών, ωστόσο, δεν μπορεί να αναγεννηθεί και η στοματική κοιλότητα είναι ένα εχθρικό περιβάλλον.
Κάθε γεύμα, το σμάλτο υπόκειται σε απίστευτο στρες Αντιμετωπίζει επίσης ακραίες αλλαγές τόσο στο pH όσο και στη θερμοκρασία.
Παρά αυτήν την δυσκολία, το σμάλτο των δοντιών που αναπτύσσουμε ως παιδί παραμένει μαζί μας καθ 'όλη τη διάρκεια των ημερών μας.
Οι ερευνητές από καιρό ενδιαφέρονται για το πώς το σμάλτο καταφέρνει να παραμείνει λειτουργικό και άθικτο για μια ζωή.
Όπως ένας από τους συγγραφείς της τελευταίας μελέτης, η καθηγήτρια Pupa Gilbert από το Πανεπιστήμιο του Ουισκόνσιν-Μάντισον το θέτει, «Πώς αποτρέπει την καταστροφική αποτυχία;»
Τα μυστικά του σμάλτου
Με τη βοήθεια ερευνητών στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) στο Cambridge και στο Πανεπιστήμιο του Πίτσμπουργκ, ο καθηγητής Gilbert εξέτασε λεπτομερώς τη δομή του σμάλτου.
Η ομάδα των επιστημόνων έχει δημοσιεύσει τώρα τα αποτελέσματα της μελέτης της στο περιοδικό Nature Communications.
Το σμάλτο αποτελείται από τις λεγόμενες ράβδους σμάλτου, οι οποίες αποτελούνται από κρύσταλλους υδροξυαπατίτη. Αυτές οι μακρές, λεπτές ράβδοι σμάλτου έχουν πλάτος περίπου 50 νανόμετρα και μήκος 10 μικρόμετρα.
Χρησιμοποιώντας τεχνολογία αιχμής απεικόνισης, οι επιστήμονες θα μπορούσαν να απεικονίσουν πώς ευθυγραμμίζονται οι μεμονωμένοι κρύσταλλοι στο σμάλτο των δοντιών. Η τεχνική, την οποία σχεδίασε ο καθηγητής Gilbert, ονομάζεται χαρτογράφηση με αντίθεση απεικόνισης (PIC).
Πριν από την έλευση της χαρτογράφησης PIC, ήταν αδύνατο να μελετηθεί το σμάλτο με αυτό το επίπεδο λεπτομέρειας. «[Μπορείτε] να μετρήσετε και να οπτικοποιήσετε, στο χρώμα, τον προσανατολισμό των μεμονωμένων νανοκρυστάλλων και να δείτε πολλά εκατομμύρια ταυτόχρονα», εξηγεί ο καθηγητής Gilbert.
«Η αρχιτεκτονική των σύνθετων βιορυκτών, όπως το σμάλτο, γίνεται αμέσως ορατή με γυμνό μάτι σε έναν χάρτη PIC.»
Όταν είδαν τη δομή του σμάλτου, οι ερευνητές αποκάλυψαν μοτίβα. «Σε γενικές γραμμές, είδαμε ότι δεν υπήρχε ούτε ένας προσανατολισμός σε κάθε ράβδο, αλλά μια σταδιακή αλλαγή στους κρυσταλλικούς προσανατολισμούς μεταξύ παρακείμενων νανοκρυστάλλων», εξηγεί ο Gilbert. «Και τότε η ερώτηση ήταν:« Είναι χρήσιμη αυτή η παρατήρηση; »»
Η σημασία του κρυσταλλικού προσανατολισμού
Για να ελέγξει εάν η αλλαγή στην ευθυγράμμιση των κρυστάλλων επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο το σμάλτο ανταποκρίνεται στο άγχος, η ομάδα προσέλαβε βοήθεια από τον καθηγητή Markus Buehler του MIT. Χρησιμοποιώντας ένα μοντέλο υπολογιστή, προσομοίωσαν τις δυνάμεις που θα βιώσουν οι κρύσταλλοι υδροξυαπατίτη όταν ένα άτομο μασά.
Μέσα στο μοντέλο, τοποθέτησαν δύο μπλοκ κρυστάλλων το ένα δίπλα στο άλλο, έτσι ώστε τα μπλοκ να αγγίζουν κατά μήκος μιας άκρης. Οι κρύσταλλοι σε κάθε ένα από τα δύο μπλοκ ήταν ευθυγραμμισμένοι, αλλά όπου ήρθαν σε επαφή με το άλλο μπλοκ, οι κρύσταλλοι συναντήθηκαν υπό γωνία.
Σε πολλές δοκιμές, οι επιστήμονες άλλαξαν τη γωνία με την οποία συναντήθηκαν τα δύο μπλοκ κρυστάλλων. Εάν οι ερευνητές ευθυγραμμίσουν τέλεια τα δύο μπλοκ στη διεπαφή όπου συναντήθηκαν, θα εμφανιστεί μια ρωγμή όταν ασκούν πίεση.
Όταν τα μπλοκ συναντήθηκαν στους 45 βαθμούς, ήταν παρόμοια ιστορία. εμφανίστηκε μια ρωγμή στη διεπαφή. Ωστόσο, όταν οι κρύσταλλοι ήταν ελαφρώς ευθυγραμμισμένοι, η διεπαφή εκτροπή της ρωγμής και την εμπόδισε να εξαπλωθεί.
Αυτό το εύρημα προκάλεσε περαιτέρω έρευνα. Στη συνέχεια, ο καθηγητής Gilbert ήθελε να προσδιορίσει την τέλεια γωνία διεπαφής για μέγιστη ανθεκτικότητα. Η ομάδα δεν μπόρεσε να χρησιμοποιήσει μοντέλα υπολογιστών για να διερευνήσει αυτό το ερώτημα, οπότε η καθηγήτρια Gilbert εμπιστεύτηκε την εξέλιξη. «Αν υπάρχει μια ιδανική γωνία αποπροσανατολισμού, στοιχηματίζω ότι είναι αυτή στο στόμα μας», αποφάσισε.
Για να διερευνήσει, η συν-συγγραφέας Cayla Stifler επέστρεψε στις αρχικές πληροφορίες χαρτογράφησης PIC και μέτρησε τις γωνίες μεταξύ γειτονικών κρυστάλλων. Μετά τη δημιουργία εκατομμυρίων σημείων δεδομένων, ο Stifler διαπίστωσε ότι ο 1 βαθμός ήταν το πιο κοινό μέγεθος αποπροσανατολισμού και το μέγιστο ήταν 30 μοίρες.
Αυτή η παρατήρηση συμφώνησε με την προσομοίωση - οι μικρότερες γωνίες φαίνονται καλύτερα ικανές να εκτρέψουν ρωγμές.
«Τώρα γνωρίζουμε ότι οι ρωγμές εκτρέπονται στη νανοκλίμακα και, ως εκ τούτου, δεν μπορούν να εξαπλωθούν πολύ μακριά. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα δόντια μας μπορούν να διαρκέσουν μια ζωή χωρίς να αντικατασταθούν. "
Καθ. Pupa Gilbert
