Bobry wzorem do ulepszenia szkliwa

Chociaż bobry nie myją zębów i nie piją fluorowanej wody i tak są dobrze chronione przed próchnicą. Zawdzięczają to wbudowanemu w szkliwo żelazu.

Szkliwo z żelazem jest twardsze i bardziej oporne na działanie kwasów niż zwykłe szkliwo, nawet to z zębów poddawanych fluoryzacji.

Najważniejszą strukturą szkliwa są dobrze uporządkowane warstwy nanowłókien hydroksyapatytu, jednak zespół prof. Derka Joestra z Northwestern University odkrył, że właściwości mechaniczne i oporność na kwasy kontroluje otaczający je materiał, zawierający niewielkie ilości amorficznych minerałów bogatych w żelazo i magnez.

Naukowcy podkreślają, że szkliwo ma bardzo złożoną strukturę, przez co trudno je badać. Ekipa Joestra jako pierwsza bez cienia wątpliwości wykazała, że faza amorficzna istnieje, jako pierwsza opisała też jej skład i budowę.

Zrobiliśmy wielki krok naprzód w kierunku zrozumienia składu i struktury szkliwa [...] w skali nano. Nieustrukturowany materiał, który stanowi zaledwie małą jego część, prawdopodobnie odgrywa [ważną] rolę w próchnicy. Odkryliśmy, że w ochronie liczą się jony pozostające w mniejszości [...]. W zwykłym szkliwie kluczowy jest magnez, a w zabarwionym szkliwie bobra i innych gryzoni żelazo.

W serii eksperymentów ze szkliwem królików, myszy, szczurów i bobrów zespół Joestra obrazował niewidzianą nigdy wcześniej amorficzną strukturę otaczającą nanowłókna. Do mapowania atom po atomie Amerykanie zastosowali m.in. tomografię sondy atomowej (ang. atom-probe tomography, APT).

Naukowcy działali na zęby kwasem, a przed i po ekspozycji robili zdjęcia. Okazało się, że rozpuszczeniu ulegały obrzeża (materiał amorficzny), ale nie same nanowłókna. W dalszym etapie studium zidentyfikowano amorficzne biomateriały i ustalono, w jaki sposób przyczyniają się do twardości i oporności szkliwa na kwasy.

Joester szczególnie interesował się brązowawym szkliwem bobra. Badania zademonstrowały, że szkliwo z żelazem lepiej opiera się działaniu kwasów niż szkliwo potraktowane fluorem.

Zęby bobra różnią się od naszych zębów chemicznie, ale nie strukturalnie. Natura pokazała więc, jak poprawić nasze własne szkliwo. Nadzieje rodzi strategia nazywana przez nas inżynierią granicy ziarnistej.

szkliwo faza amofriczna hydroksyapatyt nanowłókna jony próchnica kwasy twardość Derk Joester