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  • Denti forti:le nanostrutture sotto stress rendono i denti resistenti alle crepe

    Illustrazione della complessa biostruttura della dentina:i tubuli dentali (cilindri cavi gialli, diametri ca. 1 micrometro) sono circondati da strati di fibre di collagene mineralizzate (barre marroni). Le minuscole nanoparticelle minerali sono incorporate nella rete di fibre di collagene e non sono visibili qui. Credito:JB Forien @Charité

    I denti umani devono servire per tutta la vita, nonostante sia sottoposto a forze enormi. Ma l'elevata resistenza all'insuccesso della dentina nei denti non è completamente compresa. Un team interdisciplinare guidato da scienziati della Charite Universitaetsmedizin Berlin ha ora analizzato la complessa struttura della dentina. Alle sorgenti di sincrotrone BESSY II a HZB, Berlino, Germania, e lo European Synchrotron Radiation Facility ESRF, Grenoble, Francia, potrebbero rivelare che le particelle minerali sono precompresse.

    Lo stress interno agisce contro la propagazione delle cricche e aumenta la resistenza della biostruttura.

    Gli ingegneri utilizzano le sollecitazioni interne per rafforzare i materiali per scopi tecnici specifici. Ora sembra che l'evoluzione sappia da tempo di questo trucco, e lo ha utilizzato nei nostri denti naturali. A differenza delle ossa, che sono fatti in parte di cellule viventi, i denti umani non sono in grado di riparare i danni. La loro massa è fatta di dentina, un materiale simile all'osso costituito da nanoparticelle minerali. Queste nanoparticelle minerali sono incorporate nelle fibre proteiche di collagene, con cui sono strettamente legati. In ogni dente, tali fibre possono essere trovate, e giacciono a strati, rendendo i denti duri e resistenti ai danni. Ancora, non è stato ben compreso, come fermare la propagazione delle cricche nei denti.

    Ora i ricercatori del Charite Julius-Wolff-Institute, Berlino ha lavorato con i partner del dipartimento di ingegneria dei materiali della Technische Universitaets Berlin, MPI di Colloidi e Interfacce, Potsdam e Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, esaminare più da vicino queste biostrutture. Hanno eseguito esperimenti di sollecitazione in situ con micro-fasci nella struttura mySpot BESSY di HZB, Berlino, Germania e ha analizzato l'orientamento locale delle nanoparticelle minerali utilizzando la struttura di nano-imaging dell'European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) a Grenoble, Francia.

    Quando le minuscole fibre di collagene si restringono, le particelle minerali attaccate diventano sempre più compresse, lo ha scoperto il team scientifico. "Il nostro gruppo è stato in grado di utilizzare i cambiamenti di umidità per dimostrare come appare lo stress nel minerale nelle fibre di collagene, Spiega il Dr. Paul Zaslansky del Julius Wolff-Institute of Charite Berlin. "Lo stato compresso aiuta a prevenire lo sviluppo di crepe e abbiamo scoperto che la compressione avviene in modo tale che le crepe non possano raggiungere facilmente le parti interne del dente, che potrebbero danneggiare la polpa sensibile. In questo modo, lo stress da compressione aiuta a prevenire la formazione di crepe attraverso il dente.

    Gli scienziati hanno anche esaminato cosa succede se lo stretto legame minerale-proteina viene distrutto dal riscaldamento:in tal caso, la dentina nei denti diventa molto più debole. Riteniamo quindi che l'equilibrio degli stress tra le particelle e la proteina sia importante per la sopravvivenza prolungata dei denti in bocca, Lo scienziato charite Jean-Baptiste Forien dice. I loro risultati possono spiegare perché le sostituzioni dei denti artificiali di solito non funzionano come i denti sani:sono semplicemente troppo passivi, privi dei meccanismi presenti nelle strutture dentali naturali, e di conseguenza le otturazioni non possono sostenere le sollecitazioni in bocca come fanno i denti. "I nostri risultati potrebbero ispirare lo sviluppo di strutture ceramiche più resistenti per la riparazione o la sostituzione dei denti, Zaslansky spera.


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