Smalțul permite dinților să bată cu picioarele pe picioare și să continue să mănânce. Cel mai dur țesut din corpul uman este suficient de dur pentru a rezista loviturilor, dar suficient de elastic pentru a nu se crăpa în timpul deceniilor de spargere a maxilarului. Este atât de incredibil încât oamenii de știință nu au creat un înlocuitor care să se potrivească – până acum. Cercetătorii spun că au conceput un smalț artificial care este chiar mai dur și mai durabil decât cel real.
„Acesta este un salt înainte clar”, spune Alvaro Mata, inginer biomedical la Universitatea din Nottingham, care nu a fost implicat în studiu. Avansul, spune el, ar fi putut folosi dincolo de repararea dinților. „De la crearea unei armuri de corp până la întărirea sau întărirea suprafețelor pentru podele sau mașini, ar putea exista multe, multe aplicații.”
Emailul este dificil de imitat, deoarece structura sa are multe moduri de organizare imbricate, cum ar fi fibrele de lână filate în fire și apoi tricotate într-un pulover tricotat cu cablu. Atomii de calciu, fosfor și oxigen trebuie să se reunească într-un model complex, care se repetă pentru a forma fire cristaline. Celulele producătoare de smalț asamblează o acoperire bogată în magneziu în jurul acelor fire, care apoi se împletesc pentru a forma un material puternic, care este organizat în continuare în structuri care seamănă cu ciorchini și răsuciri.
Anterior, cercetătorii care încercau să construiască emailuri artificiale s-au străduit să atingă acele niveluri diferite de organizare. În trecut, cercetătorii au încercat folosind peptide – lanțuri scurte de aminoacizi precum cele pe care celulele le folosesc pentru a construi proteine - pentru a ghida formarea firelor cristaline. Dar nu au reușit să aranjeze firele în structurile complexe necesare pentru elasticitatea și duritatea smalțului.
În noul studiu, oamenii de știință au încercat să imite ansamblul smalțului naturii. În loc de peptide și alte instrumente biologice, au folosit temperaturi extreme pentru a convinge firele într-o formațiune ordonată. Ca și în cazul construcției anterioare a emailurilor artificiale, echipa și-a construit noul material din fire de hidroxiapatită – același mineral care formează smalțul adevărat. Dar, spre deosebire de majoritatea celorlalte emailuri sintetice, cercetătorii au acoperit firele într-un strat maleabil pe bază de metal.
Această acoperire pe firele cristaline este ingredientul secret care face ca acest smalț artificial să fie atât de rezistent, spune coautorul studiului Nicholas Kotov, inginer chimist la Universitatea din Michigan, Ann Arbor. Acoperirea face ca firele să fie mai puțin probabil să se rupă, deoarece materialul moale din jurul lor poate absorbi orice presiune sau șoc puternic. Deși firele din email natural au o acoperire bogată în magneziu, cercetătorii au trecut la oxid de zirconiu, care este extrem de puternic și încă netoxic, spune Kotov. Rezultatul a fost o bucată de material smalț care putea fi tăiat în forme cu un ferăstrău cu lamă diamantată.
Firele noului material nu se împletesc în arhitectura 3D complexă a smalțului natural, notează Janet Moradian-Oldak, un chimist de proteine la școala de stomatologie a Universității din California de Sud, care nu a fost implicată în studiu. Totuși, spune ea, structura firelor paralele este puțin mai aproape de smalțul adevărat decât încercările anterioare.
Pentru a măsura duritatea și elasticitatea noului smalț artificial, cercetătorii au tăiat o bucată din acesta și au aplicat presiune până când crestătura s-a extins într-o fractură. Presiunea de fracturare și lungimea fisurii le permit să determine duritatea și rezistența la deformare a smalțului. De asemenea, au testat cât de ușor a fost să indentați smalțul cu un vârf ascuțit de diamant. Când au pus smalțul artificial cu smalțul natural al dinților la aceste teste, au descoperit că versiunea cultivată în laborator și-a depășit omologul natural în șase domenii diferite, inclusiv elasticitatea și capacitatea de a absorbi vibrațiile. , relatează astăzi echipa în Ştiinţă.
Cercetătorii au fost de mult interesați să genereze smalț artificial, deoarece corpul nostru nu îl poate regenera. Celulele care ne creează smalțul mor de îndată ce dinții ies din gingii. „Jumătate din lume are probleme cu smalțul și multe duc la afecțiuni foarte grave, până la pierderea dinților”, spune Mata. „Joacă un rol uriaș, uriaș în calitatea vieții oamenilor”. Iar tehnicile actuale de reparare a smalțului, cum ar fi obturațiile disponibile la cabinetul unui stomatolog, nu au acea combinație specială de duritate și elasticitate care permite smalțului natural să reziste zeci de ani.
Totuși, Mata și Moradian-Oldak notează că acest nou material inspirat de email nu este destul de pregătit pentru a fi consumat. Cercetătorii nu au testat cât de bine se leagă de smalțul natural, care este esențial pentru repararea dinților. Iar metoda presupune ca materiile prime să fie încălzite la 300˚C, congelate cu grijă și apoi tăiate în formă cu un ferăstrău cu diamant, ceea ce poate fi dificil (sau imposibil) în majoritatea cabinetelor stomatologice.
Dar aplicațiile interesante se află în afara gurii. Smalțul artificial ar putea ajuta la protejarea cipurilor electronice delicate din laptopuri de prea multe loviri sau chiar de o picătură, spune Kotov. Iar recrearea proprietăților smalțului la scară mai mare ar putea ajuta într-o zi inginerii să proiecteze materiale de construcție care ar putea rezista daunelor cauzate de cutremur. Moradian-Oldak adaugă: „Oferă oportunități pentru tot felul de aplicații dincolo de medicină.”
„Organizator. Scriitor general. Prieten al animalelor de pretutindeni. Specialist în cultură pop. Expert în internet amator. Explorator.”