Kako zobna sklenina ostane v življenju?
Zobna sklenina je najtrša snov v človeškem telesu, vendar do zdaj še nihče ni vedel, kako je zdržal celo življenje. Avtorji nedavne študije ugotavljajo, da je skrivnost sklenine v nepopolni poravnavi kristalov.
Če si porežemo kožo ali si zlomimo kost, se bodo ta tkiva sama popravila; naša telesa se odlično obnavljajo po poškodbah.
Zobna sklenina pa se ne more obnoviti, ustna votlina pa je sovražno okolje.
Vsak obrok je izredno skromen; prenaša tudi ekstremne spremembe pH in temperature.
Kljub tej stiski zobna sklenina, ki jo razvijemo v otroštvu, ostaja z nami vse dni.
Raziskovalce že dolgo zanima, kako emajlu uspe ostati funkcionalno in nedotaknjeno celo življenje.
Kot je zapisala ena od avtoric najnovejše študije, profesorica Pupa Gilbert z univerze Wisconsin – Madison: "Kako preprečuje katastrofalne neuspehe?"
Skrivnosti sklenine
Profesor Gilbert je s pomočjo raziskovalcev na Massachusetts Institute of Technology (MIT) v Cambridgeu in Univerze v Pittsburghu, PA, podrobno pregledal strukturo sklenine.
Skupina znanstvenikov je rezultate svoje študije objavila v reviji Nature Communications.
Emajl je sestavljen iz tako imenovanih emajlnih palic, ki so sestavljene iz kristalov hidroksiapatita. Te dolge, tanke emajlirane palice so široke približno 50 nanometrov in dolge 10 mikrometrov.
Z uporabo najsodobnejše slikovne tehnologije bi lahko znanstveniki predstavili, kako so poravnani posamezni kristali v zobni sklenini. Tehnika, ki jo je zasnoval prof. Gilbert, se imenuje preslikava kontrasta slikanja (PIC), odvisna od polarizacije.
Pred pojavom PIC kartiranja je bilo nemogoče preučevati sklenino s to stopnjo podrobnosti. "[Y] lahko v barvi izmerite in vizualizirate usmeritev posameznih nanokristalov in jih vidite na milijone naenkrat," pojasnjuje prof. Gilbert.
"Arhitektura kompleksnih bio mineralov, kot je emajl, postane na zemljevidu PIC s prostim očesom takoj vidna."
Ko so si ogledali strukturo sklenine, so raziskovalci odkrili vzorce. "Na splošno smo videli, da v vsaki palici ni ena sama usmeritev, temveč postopna sprememba orientacije kristalov med sosednjimi nanokristali," pojasnjuje Gilbert. "In potem je bilo vprašanje:" Ali je to koristno opazovanje? "
Pomen orientacije kristalov
Da bi preizkusili, ali sprememba poravnave kristalov vpliva na način odzivanja sklenine na stres, je ekipa zaposlila pomoč pri prof. Markusu Buehlerju iz MIT-a. Z računalniškim modelom so simulirali sile, ki bi jih imeli kristali hidroksiapatita, ko človek žveči.
Znotraj modela so postavili dva bloka kristalov drug poleg drugega, tako da so se bloki dotikali vzdolž enega roba. Kristali v obeh blokih so bili poravnani, toda tam, kjer so prišli v stik z drugim blokom, so se kristali srečali pod kotom.
V več poskusih so znanstveniki spreminjali kot, pod katerim sta se bloka kristalov srečala. Če bi raziskovalca popolnoma poravnala dva bloka na vmesniku, kjer sta se srečala, bi se ob pritisku pojavila razpoka.
Ko so se bloki srečali pri 45 stopinjah, je bila podobna zgodba; na vmesniku se je pojavila razpoka. Ko pa so bili kristali le nekoliko neusklajeni, je vmesnik odpoknil razpoko in preprečil njeno širjenje.
Ta ugotovitev je spodbudila nadaljnjo preiskavo. Nato je profesor Gilbert želel prepoznati popoln kot vmesnika za največjo odpornost. Skupina ni mogla uporabiti računalniških modelov za raziskovanje tega vprašanja, zato je prof. Gilbert zaupala evoluciji. "Če obstaja idealen kot napačne usmeritve, stavim, da je to tisti, ki je v naših ustih," se je odločila.
Za raziskovanje se je soavtorica Cayla Stifler vrnila k prvotnim informacijam o kartiranju PIC in izmerila kote med sosednjimi kristali. Po ustvarjanju milijonov podatkovnih točk je Stifler ugotovil, da je 1 stopinja najpogostejša velikost napačne orientacije, največja pa 30 stopinj.
Ta ugotovitev se je strinjala s simulacijo - zdi se, da manjši koti lažje odbijejo razpoke.
»Zdaj vemo, da se razpoke na nanorazmerju odklonijo in se tako ne morejo zelo razširiti. To je razlog, da lahko naši zobje zdržijo celo življenje, ne da bi jih zamenjali. "
Prof. Pupa Gilbert
