Дентин - одна з найбільш стійких біологічних речовин в організмі людини. У своїх останніх дослідженнях співробітники Берлінського університету медицини (Universitätsmedizin Berlin) дають точне пояснення явища: взаємодія між наноструктурою дентину та органічними та неорганічними будівельними матеріалами надає стійкість до внутрішньої структури зуба. Їх вимірювання показали, що механічний зв’язок між білками колагенового білка та мінеральними наночастинками робить дентин настільки стійким до екстремальних сил у ротовій порожнині.
Дентин - це кісткоподібна речовина, яка він складається з мінеральних наночастинок, колагену та води. Хоча як емаль, так і дентин містять мінерал, який називається гідроксиапатит, дентин є набагато складнішим нанокомпозитом, оскільки містить крім неорганічного гідроксиапатиту і органічні колагенові білкові волокна.
Двоє співробітників Інституту Юлія Вольфа при Берлінському медичному університеті, Д-р Жан-Батіст Форієн та д-р Пол Засланський раніше було показано, що така висока стійкість дентину обумовлена тиском у внутрішній структурі. Тиск стиснення всередині дентину також пояснює явище, коли емаль зуба пошкоджена, але перелом не поширюється на внутрішню структуру дентину.
Команда доктора Засланського в недавньому дослідженні, опублікованому в журналі "Хімія матеріалів" на зразках зубів людини виміряв, як поводяться наночастинки та колагенові волокна під тиском.
Біологічна структура дентину: Окрім дентинових каналів та мінеральних наночастинок, є колагенові волокна./Зображення: Медичний університет Берліна /
«Вперше нам вдалося визначити не тільки параметри структури решітки кристалів гідроксиапатиту, а й просторово різний точний розмір наночастинок. Виходячи з цього, ми змогли визначити, яким був тиск ці частинки зазвичай все ще переносяться”, - каже Засланський. Для проведення лабораторних вимірювань дослідники використовували обладнання синхротронного випромінювання (BESSY II) Центру Гельмгольца в Берліні, яке здатне проводити вимірювання від терагерцового рівня до частоти рентгенівських променів.
В рамках своїх спостережень експерти підняли рівень тиску стиснення всередині дентину, при сушінні їх структури нагріванням до 125 ° С. Все це призвело до усадки колагенових волокон і, водночас, підвищення тиску в наночастинках.
що відповідає межі подовження промислової сталі Тиск при 300 мегапаскалях (МПа) був рівнем, який структура дентину все ще витримувала. Для порівняння, максимальний тиск 20 МПа виникає під час жування. При нагріванні білкові волокна не руйнувалися, з чого можна зробити висновок, що мінеральні наночастинки мають захисну дію на колаген.
Ці спостереження не лише наближають нас до розуміння будови зуба, але можуть допомогти нам, наприклад також у розробці нових наповнювальних матеріалів.
“Морфологія дентину набагато складніша, ніж ми раніше припускали. Зубна емаль дуже міцний, хоча і тендітний. На відміну від цього, органічні білкові волокна дентину чинять на мінеральні наночастинки точно такий же тиск, який необхідний для підвищення стійкості матеріалу », - кажуть дослідники.
Однак стійкість дентину є настільки великою, поки зуб здоровий. Бактерії, що викликають карієс вони пом’якшують і розчиняють мінерали і виробляють ферменти, які вбивають колагенові волокна. В результаті зуб стає крихким і легше пошкоджується.