Il cibo lascia tracce permanenti sui denti. Mucche che masticano erba, le tigri che fanno a pezzi un pezzo di carne cruda e gli umani che sgranocchiano tortilla chips finiscono tutti con piccoli graffi e intaccature sullo smalto dei denti. L'esame di questi segni su microscala - ciò che i ricercatori chiamano "microwear" - ha portato a nuove scoperte sulla natura dei denti e sulla dieta dei nostri antenati umani.

Ora un team di ricercatori ha esaminato ancora più da vicino i denti e ha documentato gli effetti della masticazione sulle strutture di dimensioni nanometriche che compongono lo smalto dei denti. Le intuizioni della loro ricerca hanno ampie implicazioni. Potrebbero portare a una migliore cura dentale, ma forniscono anche nuovi strumenti agli scienziati che studiano i denti fossili e ai bioingegneri che costruiscono i materiali del futuro.

Pietro Ungar, Illustre professore di antropologia, e Ryan Tian, professore associato di chimica inorganica, ha lavorato con i ricercatori della Southwest Jiaotong University di Chengdu, Cina, su questo progetto e i loro risultati sono pubblicati nel Journal of the Royal Society Interface .

I ricercatori hanno utilizzato microscopi ad alta potenza per osservare gli effetti di diversi tipi di usura sulle nanostrutture che compongono lo smalto dei denti. Lo smalto è composto da stringhe nastriformi di nanoparticelle chiamate cristalliti di idrossiapatite, che sono impilati uno sopra l'altro e incollati insieme da proteine.

"I cristalliti di idroxapatite sono le unità fondamentali dello smalto, ciascuno meno di 1/1000 dello spessore di un capello umano, " ha detto Ungar. "La maggior parte delle ricerche sull'usura dei denti fino ad oggi si è concentrata su effetti su scale molto più grandi, ma dobbiamo studiare lo smalto a questo livello più fine per capire veramente la natura di come il tessuto più duro del nostro corpo resiste all'usura".

Utilizzando punte realizzate con diversi tipi di materiale, i ricercatori hanno applicato pressione sulla superficie dei molari umani, che era stato estratto per scopi ortodontici. Hanno graffiato i denti, muovendo la punta sulla superficie per simulare l'azione dei denti che si muovono l'uno contro l'altro durante la masticazione. Hanno anche rientrato la superficie dei denti, premendo la punta contro lo smalto per simulare la pressione provocata dallo schiacciamento degli alimenti.

I ricercatori hanno osservato che ad ogni livello di pressione, graffiare ha portato a più danni che indentazione, ma che entrambi i tipi di stress hanno provocato tre diversi tipi di danno. La "spennatura" si verifica quando i cristalliti vengono separati l'uno dall'altro. L'applicazione di una maggiore pressione sullo smalto porta a "deformazione, " o la flessione e lo schiacciamento dei cristalliti. A livelli di pressione ancora più elevati, i legami chimici che tengono insieme i cristalliti si ruppero. Hanno chiamato questa "frammentazione".

Comprendere gli effetti della masticazione a questo livello fondamentale ha implicazioni per un'ampia gamma di campi, dall'odontoiatria clinica alla biologia evolutiva alla biomedicina.

"I risultati della chimica tribologica di superficie possono aiutarci a comprendere la natura del legame chimico interfacciale tra le nanoparticelle che Madre Natura utilizza per produrre biominerali di tutti i tipi su richiesta, " disse Tian.