Forskere undersøger, hvordan tygning påvirker tænder på nanoskala

Mad efterlader permanente spor på tænderne. Køer, der tygger på græs, tigre, der river et stykke råt kød op, og mennesker, der gumler på tortillachips, ender alle med små ridser og hakker på tændernes emalj. Undersøgelse af disse mærker på mikroskalaen - hvad forskere kalder "mikrotøj" - har ført til nye opdagelser om tændernes natur og vores menneskelige forfædres kost.

Nu har et hold af forskere kigget endnu nærmere på tænder og dokumenteret virkningerne af tygning på de strukturer i nanostørrelse, der udgør tandemalje. Indsigt fra deres forskning har brede implikationer. De kunne føre til bedre tandpleje, men de giver også nye værktøjer til forskere, der studerer fossile tænder, samt bioingeniører, der bygger fremtidens materialer.

Peter Ungar, anerkendt professor i antropologi, og Ryan Tian, lektor i uorganisk kemi, arbejdet med forskere ved Southwest Jiaotong University i Chengdu, Kina, om dette projekt og deres resultater er offentliggjort i Journal of the Royal Society Interface .

Forskerne brugte kraftige mikroskoper til at observere virkningerne af forskellige former for slid på de nanostrukturer, der udgør tandemalje. Emalje er sammensat af båndlignende strenge af nanopartikler kaldet hydroxyapatitkrystallitter, som er stablet oven på hinanden og limet sammen af ​​proteiner.

"Hydroxapatit-krystallitter er de grundlæggende enheder af emalje, hver mindre end 1/1000 af tykkelsen af ​​et menneskehår, " sagde Ungar. "Det meste af forskningen om tandslid har til dato fokuseret på effekter i meget større skalaer, men vi er nødt til at studere emalje på dette finere niveau for virkelig at forstå naturen af, hvordan det hårdeste væv i vores kroppe modstår slid."

Ved hjælp af tips lavet af forskellige typer materialer, forskerne lagde pres på overfladen af ​​menneskelige kindtænder, som var blevet udvundet til ortodontiske formål. De kradsede tænderne, at flytte spidsen hen over overfladen for at simulere virkningen af ​​tænder, der bevæger sig mod hinanden under tygning. De har også fordybet overfladen af ​​tænderne, at trykke spidsen mod emaljen for at simulere trykket forårsaget af knusning af mad.

Forskerne observerede, at på alle niveauer af pres, ridser førte til mere skade end fordybning, men at begge typer stress resulterede i tre forskellige slags skader. "Plukning" opstår, når krystallitterne er adskilt fra hinanden. Påføring af mere pres på emaljen fører til "deformation, " eller bøjning og sammenklemning af krystallitterne. Ved endnu højere tryk, de kemiske bindinger, der holdt krystallitterne sammen, brød. De kaldte dette "fragmentering".

At forstå virkningerne af at tygge på dette grundlæggende niveau har implikationer for en lang række områder, fra klinisk tandpleje til evolutionær biologi til biomedicin.

"Opdagelserne i den tribologiske overfladekemi kan hjælpe os med at forstå arten af ​​den grænsefladekemiske binding mellem de nanopartikler, som Moder Natur bruger til at lave biomineraler af alle typer efter behov, " sagde Tian.