Hogyan tart a fogzománc egy életen át?
A fogzománc a legnehezebb anyag az emberi testben, de eddig senki sem tudta, hogyan sikerült egy életen át kitartani. Egy nemrégiben készült tanulmány szerzői arra a következtetésre jutottak, hogy a zománc titka a kristályok tökéletlen egybeesésében rejlik.
Ha elvágjuk a bőrünket vagy eltörünk egy csontot, ezek a szövetek helyrehozzák önmagukat; testünk kiválóan felépül a sérülésektől.
A fogzománc azonban nem tud regenerálódni, a szájüreg pedig ellenséges környezet.
Minden étkezéskor a zománc hihetetlen stressznek van kitéve; rendkívüli változásokat okoz mind a pH-ban, mind a hőmérsékletben.
E nehézségek ellenére a fogzománc, amelyet gyermekként fejlesztettünk ki, napjainkban is velünk marad.
A kutatókat már régóta érdekli, hogy a zománc hogyan képes működőképes és ép maradni egy életen át.
A legfrissebb tanulmány egyik szerzője, Prof. Pupa Gilbert a Wisconsini Egyetem – Madison egyetemről így fogalmazott: „Hogyan akadályozhatja meg a katasztrofális kudarcot?”
A zománc titkai
A cambridge-i Massachusetts Institute of Technology (MIT) és a Pittsburghi Egyetem kutatóinak közreműködésével Gilbert professzor részletesen áttekintette a zománc szerkezetét.
A tudósok csapata most közzétette tanulmányának eredményeit a Nature Communications folyóiratban.
A zománcot úgynevezett zománcrudak alkotják, amelyek hidroxi-apatit kristályokból állnak. Ezek a hosszú, vékony zománcrudak körülbelül 50 nanométer szélesek és 10 mikrométer hosszúak.
A legmodernebb képalkotási technológia segítségével a tudósok meg tudnák jeleníteni, hogy a fogzománc egyes kristályai hogyan illeszkednek egymáshoz. A Gilbert professzor által tervezett technikát polarizációtól függő képkontraszt (PIC) leképezésnek nevezik.
A PIC térképezés megjelenése előtt lehetetlen volt a zománcot ilyen részletességgel tanulmányozni. "[Y] ou színesen meg tudja mérni és vizualizálni az egyes nanokristályok orientációját, és egyszerre sok milliót láthat" - magyarázza Prof. Gilbert.
"Az összetett biotermékek, például a zománc felépítése szabad szemmel azonnal láthatóvá válik egy PIC-térképen."
Amikor megnézték a zománc szerkezetét, a kutatók mintákat tártak fel. "Nagyjából azt láttuk, hogy nem mindegyik pálcánál van egyetlen orientáció, hanem a szomszédos nanokristályok közötti kristálytájolás fokozatos változása" - magyarázza Gilbert. "És akkor a kérdés az volt:" Hasznos megfigyelés ez? ""
A kristály orientáció fontossága
Annak tesztelésére, hogy a kristály beállásának változása befolyásolja-e a zománc reakcióját a stresszre, a csapat segítséget toborzott Markus Buehler professzortól, az MIT-től. Számítógépes modell segítségével szimulálták azokat az erőket, amelyeket a hidroxi-apatit kristályok tapasztalhatnak, amikor az ember rág.
A modellen belül két kristálytömböt tettek egymás mellé úgy, hogy a tömbök egy él mentén érintkezzenek. A két blokk kristályai egymáshoz igazodtak, de ahol a másik blokkkal érintkeztek, a kristályok szögben találkoztak.
Számos kísérlet során a tudósok megváltoztatták a két kristálytömb találkozási szögét. Ha a kutatók tökéletesen összehangolják a két blokkot azon a felületen, ahol találkoznak, akkor repedés jelenik meg, amikor nyomást gyakorolnak.
Amikor a blokkok 45 fokon találkoztak, hasonló volt a történet; repedés jelent meg a felületen. Amikor azonban a kristályok csak kissé tévedtek, az interfész elhajította a repedést és megakadályozta annak terjedését.
Ez a megállapítás további vizsgálatokat indított el. Ezután Gilbert professzor a maximális rugalmasság érdekében meg kívánta határozni az interfész tökéletes szögét. A csapat nem használhatott számítógépes modelleket ennek a kérdésnek a kivizsgálására, ezért Gilbert professzor az evolúcióba vetette bizalmát. "Ha van egy ideális tájékozódási szög, akkor fogadok, hogy ez a szánkban van" - döntött a lány.
Ennek kivizsgálására Cayla Stifler társszerző visszatért az eredeti PIC-leképezési információkhoz, és megmérte a szomszédos kristályok közötti szöget. Milliónyi adatpont előállítása után Stifler megállapította, hogy az 1 fok a leggyakoribb méretarányos eltérés, a maximum pedig 30 fok.
Ez a megfigyelés egyetértett a szimulációval - a kisebb szögek jobban képesek eltéríteni a repedéseket.
„Most már tudjuk, hogy a repedések elhajlanak a nanoméretben, és így nem terjedhetnek túl messzire. Ez az oka annak, hogy a fogaink egy életen át kitartanak anélkül, hogy kicserélnék őket. "
Prof. Pupa Gilbert
