A fogzománc anyaga annyira összetett, hogy szinte lehetetlen lemásolni. Egy mérnökökből álló csapat mégis megcsinálta – a Popular Science pedig összefoglalta az eredményeket.
Nap mint nap csikorgathatjuk a fogainkat, és azok elviselik a terhelést. Kemény ételek rágásakor vagy stressz esetén az őrlőfogak összeszorításakor egy nanoszkopikus pajzsnak köszönhető, hogy megóvja a fogzománcot. Ez a mindössze néhány milliméter vastagságú, bonyolult külső réteg a fog felszínén lehetővé teszi, hogy az alatta lévő érzékeny szövetek állandó fájdalma nélkül rágjunk.
A Beihang Egyetem, a Pekingi Egyetem és a Michigani Egyetem anyagtudósai és vegyészmérnökei olyan szintetikus fogzománcot hoztak létre, amely még erősebb, mint ami a fogainkon található. A biomimetikus fogzománcot az eredeti alapján modellezték, de a laboratóriumban úgy finomították, hogy még jobban bírja a kopást. Míg más mérnökök már képesek voltak újraalkotni ennek a kemény külső rétegnek bizonyos részeit, ez az új megközelítés figyelembe vette a merev és a rugalmas komponenseket is, hogy jobban hasonlítson a valódi anyag összetételére és szerkezetére.
- Hirdetés -
„A fogzománc kiváló viszkoelaszticitással rendelkezik, hogy ultra hosszú ideig bírja a rezgéseket és a deformációs sérüléseket” – írja Hewei Zhao, a tanulmány vezető szerzője, a pekingi Beihang Egyetem vegyészmérnöke.
A zománc védelmet nyújt a szájüreg sérüléseivel szemben. Folyamatosan bombázzák az ételekből és italokból származó savak, valamint új baktériumokkal és a száj mikrobiomjának változásaival kell megküzdenie. Arról nem is beszélve, hogy a zománcot a túlzott fogmosás és a gyakori fogcsikorgatás is roncsolhatja. „A fogzománcunknak agresszív környezettel kell szembenéznie a szánkban” – mondja Nicholas Kotov, a Michigani Egyetem vegyészmérnöke, a tanulmány társszerzője.
Az idő, a kopás és a szuvasodás lyukakat fúr a fog külső rétegeibe, ami fogászati problémákhoz vezet. A törött csonttal ellentétben a zománc nem képes megújulni és megjavítani önmagát – magyarázza Janet Moradian-Oldak biokémikus, a Los Angeles-i Dél-Kaliforniai Egyetem fogorvosi karának professzora, majd hozzáteszi: „A zománc valójában nem tartalmaz élő sejteket. Mire a fogak kibújnak az ínyből, a zománcot alkotó sejtek, az úgynevezett ameloblasztok elpusztulnak. Jelenleg peptid-hidrogélekkel tesztelik a zománc visszanövesztésének módját, de ez hatalmas kihívás a fogászati kutatásban.”
A zománc – és ez az egyik oka annak, hogy miért olyan nehéz lemásolni – összetett, bonyolult szerkezetű. Az ásványi erődítményt apró, egymással összekapcsolt csövek, úgynevezett nanorudak alkotják, amelyeket kalcium-hidroxiapatit, egyfajta kalcium-foszfát ásványi anyag rácsa tölt ki.
„Ezek a nanoméretű kristályok prizmát alkotnak, egymásba fonódnak és összefűződnek. Olyan, mint egy marék száraz spagetti, mielőtt beledobnád a fazékba” – mondja Janet Moradian-Oldak. „De a kemény, kristályos nanorúd-szerkezetek eltörhetnének. Ahogy a rágóerő a nanorudakat terheli, egy magnéziumból, fehérjékből és más vegyületekből álló amorf réteg elnyeli az ütést és a nyomást, így a rudak nem törnek el. Minden egyes nanorudat egy amorf anyag borít. A rugalmas anyagok puhák, a kemény anyagok pedig törékenyek, de a zománc valójában egyszerre mindkettő.”
„A mesterséges fogzománc összeállításához a mérnökök saját, szorosan egymáshoz igazított kristályos hidroxiapatit nanodrótokat készítettek, és ezeket cirkónium-dioxiddal, a magnézium-amorf anyag még erősebb változatával vonták be” – írja Hewei Zhao. „Ez az összehangolás és a töltőanyag-tartalom beállítása a szintetikus zománcot az emberi zománccal „egyenértékűvé vagy jobbá” tette. Korábbi tanulmányok képesek voltak teljesen kristályos nanorudakkal replikálni a zománcot, ami meglehetősen jól teljesített, de nem olyan jól, mint amikor a kutatóink hozzáadták az amorf réteget.”
Janet Moradian-Oldak kritikus összefoglalójában elmondja: „Kaptak valamit, ami sokkal, de sokkal erősebb, mint a természetben megtalálható anyag, de még mindig hiányzik belőle a zománc néhány egyedi, kifejezetten fontos eleme. Ennek ellenére vannak hasznos tanulságok a csapat technikáiból és megközelítéséből. Lenyűgöző volt látni, hogy a mérnökök hogyan tudják rendkívül pontosan utánozni az összetétel és a szerkezet alapvető tudományos elveit.”
Némethi Botond, Okosipar.hu