Làm thế nào để men răng tồn tại suốt đời?
Men răng là chất cứng nhất trong cơ thể con người, nhưng cho đến nay, không ai biết nó tồn tại suốt đời bằng cách nào. Các tác giả của một nghiên cứu gần đây kết luận rằng bí mật của men răng nằm ở sự liên kết không hoàn hảo của các tinh thể.
Nếu chúng ta cắt da hoặc gãy xương, các mô này sẽ tự phục hồi; cơ thể của chúng ta rất tốt trong việc phục hồi sau chấn thương.
Tuy nhiên, men răng không thể tái tạo và khoang miệng là một môi trường thù địch.
Mỗi bữa ăn, men răng bị căng thẳng đáng kinh ngạc; nó cũng chống lại những thay đổi khắc nghiệt về cả pH và nhiệt độ.
Bất chấp nghịch cảnh này, men răng mà chúng ta phát triển khi còn nhỏ vẫn tồn tại với chúng ta trong suốt những ngày của chúng ta.
Các nhà nghiên cứu từ lâu đã quan tâm đến việc làm thế nào men răng quản lý để duy trì chức năng và nguyên vẹn trong suốt cuộc đời.
Là một trong những tác giả của nghiên cứu mới nhất, Giáo sư Pupa Gilbert từ Đại học Wisconsin – Madison cho biết: “Làm thế nào để ngăn chặn thất bại thảm khốc?”
Bí mật của men
Với sự hỗ trợ của các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) ở Cambridge và Đại học Pittsburgh, PA, GS Gilbert đã xem xét chi tiết cấu trúc của men răng.
Nhóm các nhà khoa học hiện đã công bố kết quả nghiên cứu của mình trên tạp chí Nature Communications.
Men được tạo thành từ cái gọi là thanh men, bao gồm các tinh thể hydroxyapatite. Những thanh men dài và mỏng này rộng khoảng 50 nanomet và dài 10 micromét.
Bằng cách sử dụng công nghệ hình ảnh tiên tiến, các nhà khoa học có thể hình dung cách các tinh thể riêng lẻ trong men răng được liên kết với nhau. Kỹ thuật mà GS Gilbert thiết kế được gọi là ánh xạ hình ảnh tương phản phụ thuộc phân cực (PIC).
Trước sự ra đời của ánh xạ PIC, không thể nghiên cứu men với mức độ chi tiết này. “[Y] bạn có thể đo lường và hình dung, về màu sắc, hướng của các tinh thể nano riêng lẻ và nhìn thấy hàng triệu tinh thể trong số chúng cùng một lúc,” GS Gilbert giải thích.
“Kiến trúc của các vi sinh vật phức tạp, chẳng hạn như men, có thể nhìn thấy ngay bằng mắt thường trong bản đồ PIC.”
Khi họ xem cấu trúc của men, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra các mẫu. Gilbert giải thích: “Nhìn chung, chúng tôi thấy rằng không có một định hướng duy nhất trong mỗi thanh, mà là sự thay đổi dần dần về định hướng tinh thể giữa các tinh thể nano liền kề. "Và câu hỏi đặt ra là," Đây có phải là một quan sát hữu ích không? "
Tầm quan trọng của định hướng tinh thể
Để kiểm tra xem liệu sự thay đổi trong liên kết tinh thể có ảnh hưởng đến cách men răng phản ứng với căng thẳng hay không, nhóm nghiên cứu đã tuyển dụng sự giúp đỡ từ Giáo sư Markus Buehler của MIT. Sử dụng một mô hình máy tính, họ mô phỏng lực mà các tinh thể hydroxyapatite sẽ trải qua khi một người nhai.
Trong mô hình, họ đặt hai khối pha lê cạnh nhau sao cho các khối chạm dọc theo một cạnh. Các tinh thể trong mỗi khối trong số hai khối này thẳng hàng, nhưng khi chúng tiếp xúc với khối kia, các tinh thể gặp nhau ở một góc.
Trong suốt một số thử nghiệm, các nhà khoa học đã thay đổi góc mà hai khối tinh thể gặp nhau. Nếu các nhà nghiên cứu căn chỉnh hai khối một cách hoàn hảo tại giao diện nơi họ gặp nhau, một vết nứt sẽ xuất hiện khi họ tác dụng lực lên.
Khi các khối gặp nhau ở góc 45 độ, đó là một câu chuyện tương tự; một vết nứt xuất hiện ở giao diện. Tuy nhiên, khi các tinh thể chỉ bị lệch một chút, mặt phân cách đã làm lệch vết nứt và ngăn nó lan rộng.
Phát hiện này đã thúc đẩy cuộc điều tra sâu hơn. Tiếp theo, Giáo sư Gilbert muốn xác định góc giao diện hoàn hảo để có khả năng phục hồi tối đa. Nhóm nghiên cứu không thể sử dụng mô hình máy tính để điều tra câu hỏi này, vì vậy Giáo sư Gilbert đặt niềm tin vào sự tiến hóa. “Nếu có một góc định hướng sai lý tưởng, tôi cá rằng đó là góc trong miệng của chúng ta,” cô quyết định.
Để điều tra, đồng tác giả Cayla Stifler đã quay lại thông tin bản đồ PIC ban đầu và đo các góc giữa các tinh thể liền kề. Sau khi tạo ra hàng triệu điểm dữ liệu, Stifler nhận thấy rằng 1 độ là kích thước phổ biến nhất của việc định hướng sai và tối đa là 30 độ.
Quan sát này đồng ý với mô phỏng - các góc nhỏ hơn dường như có thể làm lệch các vết nứt tốt hơn.
“Bây giờ chúng tôi biết rằng các vết nứt bị lệch ở kích thước nano và do đó, không thể lan truyền xa. Đó là lý do tại sao răng của chúng ta có thể tồn tại suốt đời mà không cần thay thế ”.
Giáo sư Pupa Gilbert
