Menü Kapat

İnsan diş minesinin karmaşıklığı atom düzeyinde ortaya çıktı

Mine, bir insan saçından yaklaşık 1000 kat daha küçük olan, sıkıca toplanmış, dikdörtgen kristallerden oluşur. Katkı Sağlayanlar: Karen DeRocher, Northwestern Üniversitesi
Bilim adamları, insan diş minesinin yapısal yapısını benzeri görülmemiş atomik çözünürlükte ortaya çıkarmak, kafes desenlerini ve beklenmedik düzensizlikleri ortaya çıkarmak için gelişmiş mikroskopi ve kimyasal tespit tekniklerinin bir kombinasyonunu kullandılar. Bulgular, diş çürüğünün nasıl geliştiğinin ve önlenebileceğinin daha iyi anlaşılmasına yol açabilir. Araştırma, Ulusal Sağlık Enstitüleri’ndeki Ulusal Diş ve Kraniyofasiyal Araştırma Enstitüsü (NIDCR) tarafından kısmen desteklendi. Bulgular 1 Temmuz 2020’de Nature’da yayınlandı.

“Bu çalışma, emayenin atomik yapısı hakkında daha önce bildiğimizden çok daha ayrıntılı bilgi sağlıyor ” diyor NIDCR’de bir program görevlisi olan Ph.D. Jason Wan. “Bu bulgular, dişleri mekanik kuvvetlere karşı güçlendirmenin yanı sıra erozyon ve çürüme nedeniyle oluşan hasarı onarmaya yönelik düşüncemizi ve yaklaşımımızı genişletebilir.”

Bir ömür boyu ısırmanın, çiğnemenin ve yemenin stresine ve zorluğuna dayanmasına rağmen dişleriniz dikkat çekici derecede dayanıklıdır. İnsan vücudundaki en sert madde olan mine, bu dayanıklılıktan büyük ölçüde sorumludur. Yüksek mineral içeriği ona güç verir. Mine, dişlerin dış kaplamasını oluşturur ve diş çürümesini veya çürümesini önlemeye yardımcı olur .

Dünya Sağlık Örgütü’ne göre diş çürüğü, dünya genelindeki çocukların% 90’ını ve yetişkinlerin büyük çoğunluğunu etkileyen en yaygın kronik hastalıklardan biridir. Tedavi edilmezse diş çürüğü ağrılı apselere, kemik enfeksiyonuna ve kemik kaybına yol açabilir.

Ağızdaki fazla asitin mine kaplamasını aşındırmasıyla diş çürüğü başlar. Bilim adamları uzun zamandır mine kaybını daha iyi anlamak ve potansiyel olarak önlemek veya tersine çevirmek için emayenin kimyasal ve mekanik özelliklerinin atom düzeyinde daha eksiksiz bir resmini aradılar .

Emayeyi en küçük ölçeklerde incelemek için araştırmacılar , atomik yapısını haritalamak için bir elektron demetini bir malzemeden geçiren taramalı transmisyon elektron mikroskobu (STEM) gibi mikroskopi yöntemlerini kullanıyor .

Magnezyum gibi safsızlıklar, insan mine kristalitlerinin atomik kafesinde koyu bozulmalar (beyaz oklarla gösterilir) olarak ortaya çıkar. Kredi: Paul Smeets, Northwestern Üniversitesi ve Berit Goodge, Cornell Üniversitesi
STEM çalışmaları, nano ölçekte, minenin bir insan saçından yaklaşık 1000 kat daha küçük olan, sıkıca toplanmış dikdörtgen kristallerden oluştuğunu göstermiştir. Bu küçük kristalitler, çoğunlukla hidroksilapatit adı verilen kalsiyum ve fosfat bazlı bir mineralden yapılır. Kimyasal tespit teknikleriyle birleştirilen STEM çalışmaları, çok daha küçük miktarlarda başka kimyasal elementlerin varlığına işaret ediyordu, ancak emayenin yüksek enerjili elektron ışınlarından kaynaklanan hasara karşı savunmasızlığı, gerekli çözünürlük seviyesinde daha kapsamlı bir analizi engelledi.

Illinois Evanston’daki Northwestern Üniversitesi’nden bir bilim insanı ekibi, bu küçük unsurları tanımlamak için atom sondalı tomografi adı verilen bir görüntüleme aracı kullandı . Bir numuneden art arda atom katmanlarını kaldırarak, teknik, bir maddenin daha rafine, atom-atom görünümünü sağlar. Northwestern grubu, diş bileşenleri de dahil olmak üzere biyolojik materyalleri araştırmak için atom problu tomografiyi ilk kullananlar arasındaydı.

Northwestern’de malzeme bilimi ve mühendisliği profesörü olan kıdemli yazar Derk Joester, “Daha önceki çalışmalar, bir şehrin nüfusu açısından genel yapısını bilmek gibi olan emayenin toplu bileşimini ortaya çıkardı” diyor. “Ama size bir şehir bloğunda veya tek bir evde şeylerin yerel ölçekte nasıl işlediğini anlatmıyor. Atom sondalı tomografi bize bu daha ayrıntılı görünümü verdi.”

Bilim adamları, önceki teknik sınırlamaların üstesinden gelmek için tamamlayıcı bir şekilde atom problu tomografi ve gelişmiş STEM tekniklerini kullandılar. Northwestern araştırmacıları, Cornell Üniversitesi’nin Ithaca, New York’taki ulusal malzeme bilimi kullanıcı tesisi PARADIM’de uygulamalı ve mühendislik fiziği doçenti ve elektron mikroskobu müdürü olan Lena Kourkoutis liderliğindeki görüntüleme uzmanlarıyla çalıştı. Cornell’de bilim adamları, mine hasarını en aza indirmek ve daha ayrıntılı kimyasal veriler toplamak için çok düşük sıcaklıklarda STEM ile ultra hızlı bir kimyasal detektörü birleştirdiler. Tamamlayıcı yaklaşımlar, ekibin, emaye kristalitlerin kimyasal ve yapısal özelliklerinin daha eksiksiz bir görünümünü elde etmek için birden çok çözünürlük seviyesinde bilgiyi bir araya getirmesini sağladı.

Sonuçlar, kristalitlerin hidroksilapatit atomlarından oluşan sürekli bir tek biçimli kafesten yapıldığını gösterdi. Bununla birlikte, kafes yapısı, özellikle kristalitlerin en içteki çekirdeğinde, karanlık bozulmalarla serpilmiş görünüyordu.

Çekirdeğe daha yakından bakıldığında, bu kusurların, önceki çalışmaların ima ettiği küçük unsurların varlığından kaynaklandığı ortaya çıktı. Bu tür bir element, çekirdekte iki farklı tabakada oldukça yoğunlaşmış olan magnezyumdu. Merkez bölge ayrıca sodyum, florin ve karbonat bakımından zengindi. Çekirdeği çevreleyen, bu elementlerin çok daha düşük konsantrasyonlarına sahip bir “kabuk” idi.

Aynı emaye kristalit numunesinin üç görünümünde, atom prob tomografisi, her bir renkli noktanın tek bir atomu temsil ettiği üç küçük elementin dağılımını ortaya koymaktadır. Bu haritalar, magnezyumun çekirdekte iki farklı katmanda bulunduğunu ve florin ve sodyumun, taneler arası faz olarak bilinen kristalitler arasındaki alanlarda yoğun şekilde yoğunlaştığını göstermektedir. Katkı Sağlayanlar: Karen DeRocher, Northwestern Üniversitesi
Northwestern Atomic and Nanoscale Characterization’da araştırma görevlisi olan ilk yazar Paul Smeets, “İnsan kristalitlerinin bileşim açısından, araştırmacılar tarafından insan emayesini anlamak için yaygın olarak kullanılan kemirgen emayesine benzer olacağını varsaydık” diyor. Deneysel Merkez. “Ancak durum böyle değildi – insan diş minesini düşündüğümüzden çok daha kimyasal olarak karmaşık.”

Bilim adamları, magnezyum katmanlarının neden olduğu düzensizliklerin kristalitte gerilme alanlarına yol açtığından şüpheleniyorlardı. Bilgisayar modellemesi, çekirdekte kabuktan daha yüksek gerilmeleri öngörerek onların önsezilerini destekledi.

Joester’ın laboratuarında yüksek lisans öğrencisi olan ilk yazar Karen DeRocher, “Stres kulağa kötü gelebilir, ancak malzeme biliminde faydalı olabilir ve emayeyi genel olarak daha güçlü hale getirebileceğini düşünüyoruz” diyor. Öte yandan, bu gerilimlerin çekirdeği daha çözünür hale getireceği tahmin ediliyor, bu da diş minesinin aşınmasına neden olabilir.

Gerçekten de, araştırmacılar kristalitleri – ağızda olana benzer şekilde – aside maruz bıraktıklarında çekirdek, kabuktan daha fazla erozyon gösterdi. Bu sonuçları doğrulamak ve kimyasal safsızlıkların neden olduğu stresin diş minesini güçlendirip kırılmaya karşı daha dirençli hale getirebileceği fikrini keşfetmek için daha fazla modelleme ve deney gerekli olacaktır. Grup ayrıca, asidin diş minesini nasıl etkilediği hakkında daha fazla bilgi edinmek için bu yaklaşımları kullanmaya devam etmeyi planlıyor.

DeRocher, “Bu yeni bilgiler, daha önce mümkün olmayan model tabanlı emaye bozulma simülasyonunu etkinleştirecek ve çürüğün nasıl geliştiğini daha iyi anlamamıza yardımcı olacak” diyor.

Bulgular, mineyi sertleştirmek ve kavite oluşumunu önlemek veya tersine çevirmek için yeni yaklaşımlara yol açabilir.

Call Now Button