Исследователи обнаружили, что эта пигментированная эмаль более твердая и более устойчивая к кислоте, чем обычная эмаль, в том числе обработанная фтором. Это открытие, среди прочего, может привести к лучшему пониманию кариеса зубов человека, более раннему выявлению заболевания и улучшению существующих методов лечения фтором.Слои упорядоченных гидроксилапатитовых «нанопроволок» являются основной структурой эмали, но Дерк Джостер и его команда обнаружили, что именно материал, окружающий нанопроволоки, в котором расположены небольшие количества аморфных минералов, богатых железом и магнием, контролирует кислотостойкость эмали. и механические свойства.Эмаль — очень сложная структура, поэтому изучение ее затруднено.
Команда Джостера первой однозначно показала, что эта «аморфная» или неструктурированная фаза существует в эмали, и они первыми показали ее точный состав и структуру.«Мы сделали действительно большой шаг вперед в понимании состава и структуры эмали — внешнего защитного слоя зуба — в мельчайших масштабах», — сказал Джостер, ведущий автор исследования и доцент кафедры материаловедения и инженерии. в Школе инженерии и прикладных наук Маккормика.«Неструктурированный материал, который составляет лишь небольшую часть эмали, вероятно, играет роль в разрушении зубов», — сказал Джостер. «Мы обнаружили, что меньшинство ионов — те, которые обеспечивают разнообразие — действительно имеют значение в защите. В обычной эмали это магний, а в пигментированной эмали бобра и других грызунов — железо».
Беспрецедентное визуализационное исследование зубной эмали в наномасштабе будет опубликовано 13 февраля в журнале Science.
Кариес зубов — более известный как кариес — это разрушение зубов бактериями. («Кариес» в переводе с латыни означает «гниль».) Это одно из наиболее распространенных хронических заболеваний и серьезная проблема общественного здравоохранения, несмотря на успехи, достигнутые в лечении фтором.По данным Американской стоматологической ассоциации, 111 миллиардов долларов в год тратятся на стоматологические услуги в США, значительная часть из которых — на кариес и другие проблемы с кариесом. По данным Всемирной организации здравоохранения, от 60 до 90 процентов детей и почти 100 процентов взрослых во всем мире имеют или имели кариес.
В серии экспериментов с эмалью кролика, мыши, крысы и бобра, Джостер и его коллеги изобразили невиданную ранее аморфную структуру, которая окружает нанопроволоки. Они использовали мощную атомно-зондовую томографию и другие методы, чтобы нанести на карту структуру эмали атом за атомом. (Эмаль грызунов похожа на эмаль человека.)
Исследователи подвергли зубы воздействию кислоты и сделали снимки до и после воздействия кислоты. Они обнаружили, что растворенная периферия нанопроволок (аморфный материал), а не сами нанопроволоки.Затем исследователи определили в структуре аморфные биоминералы, такие как железо и магний, и узнали, как они влияют как на механическую твердость, так и на устойчивость эмали к кислотному растворению.
Особый интерес для Джостера и его коллег вызвала пигментированная эмаль резцов бобра.
Их исследования показали, что это улучшение устойчивости к действию кислоты по сравнению с эмалью, обработанной фтором. (Присутствие железа придает зубам красновато-коричневый цвет.)«Зубы бобра химически отличаются от наших зубов, а не структурно», — сказал Джостер. «Биология показала нам способ улучшить нашу эмаль. Стратегия того, что мы называем« инженерией границ зерен »- сосредоточение внимания на области, окружающей нанопроволоки, — проливает свет на то, как мы можем улучшить нашу нынешнюю обработку фтором».
Научная статья называется «Аморфные межкристаллитные фазы контролируют свойства эмали зубов грызунов».Соответствующий документ будет опубликован на этой неделе в журнале Frontiers in Physiology.