Videnskab
 science >> Videnskab >  >> nanoteknologi

Stærke tænder:Nanostrukturer under stress gør tænderne modstandsdygtige over for revner

Illustration af dentins komplekse biostruktur:dentale tubuli (gule hule cylindre, diametre ca. 1 mikrometer) er omgivet af lag af mineraliserede kollagenfibre (brune stænger). De små mineralske nanopartikler er indlejret i nettet af kollagenfibre og er ikke synlige her. Kredit:JB Forien @Charité

Menneskets tænder skal tjene hele livet, på trods af at være udsat for enorme kræfter. Men den høje modstandsdygtighed over for svigt af dentin i tænder er ikke fuldt ud forstået. Et tværfagligt team ledet af videnskabsmænd fra Charite Universitaetsmedizin Berlin har nu analyseret dentins komplekse struktur. Ved synkrotronkilderne BESSY II ved HZB, Berlin, Tyskland, og European Synchrotron Radiation Facility ESRF, Grenoble, Frankrig, de kunne afsløre, at mineralpartiklerne er forkomprimerede.

Den indre spænding modvirker revneudbredelse og øger modstanden af ​​biostrukturen.

Ingeniører bruger interne spændinger til at styrke materialer til specifikke tekniske formål. Nu ser det ud til, at evolutionen længe har 'vidst' om dette trick, og har taget det i brug i vores naturlige tænder. I modsætning til knogler, som delvist er lavet af levende celler, menneskelige tænder er ikke i stand til at reparere skader. Deres bulk er lavet af dentin, et knoglelignende materiale bestående af mineralske nanopartikler. Disse mineralske nanopartikler er indlejret i kollagenproteinfibre, som de er tæt forbundet med. I hver tand, sådanne fibre kan findes, og de ligger i lag, gør tænderne seje og skadesbestandige. Stadig, det var ikke godt forstået, hvordan revneudbredelse i tænder kan stoppes.

Nu forskere fra Charite Julius-Wolff-Institutet, Berlin har arbejdet med partnere fra Materials Engineering Department of Technische Universitaets Berlin, MPI af kolloider og grænseflader, Potsdam og Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, at undersøge disse biostrukturer nærmere. De udførte mikrostråle-in-situ stresseksperimenter i mySpot BESSY-anlægget i HZB, Berlin, Tyskland og analyserede den lokale orientering af mineralske nanopartikler ved hjælp af nano-billeddannelsesanlægget i European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) i Grenoble, Frankrig.

Når de små kollagenfibre krymper, de vedhæftede mineralpartikler bliver mere og mere komprimeret, det fandt videnskabsholdet ud af. "Vores gruppe var i stand til at bruge ændringer i luftfugtighed til at demonstrere, hvordan stress opstår i mineralet i kollagenfibrene, Dr. Paul Zaslansky fra Julius Wolff-Institute of Charite Berlin forklarer. "Den komprimerede tilstand hjælper med at forhindre revner i at udvikle sig, og vi fandt ud af, at kompressionen foregår på en sådan måde, at revner ikke nemt kan nå tandens indre dele, hvilket kan beskadige den følsomme pulp. På denne måde, kompressionsspænding hjælper med at forhindre revner i at strømme gennem tanden.

Forskerne undersøgte også, hvad der sker, hvis den tætte mineral-protein-forbindelse ødelægges ved opvarmning:I så fald, dentin i tænderne bliver meget svagere. Vi mener derfor, at balancen mellem spændinger mellem partiklerne og proteinet er vigtig for den forlængede overlevelse af tænder i munden, Det siger velgørenhedsforsker Jean-Baptiste Forien. Deres resultater kan forklare, hvorfor kunstige tanderstatninger normalt ikke virker så godt, som sunde tænder gør:de er simpelthen for passive, mangler de mekanismer, der findes i de naturlige tandstrukturer, og følgelig kan fyldninger ikke holde på belastningerne i munden, så godt som tænderne gør. "Vores resultater kan inspirere til udvikling af hårdere keramiske strukturer til tandreparation eller -erstatning, Zaslansky håber.


Varme artikler