جدید ترین دیدگاه در بررسی مینای دندان در سطح اتمی
دانشمندان از ترکیبی از میکروسکوپ پیشرفته و تکنیک های تشخیص شیمیایی برای کشف پرده ساختاری مینای دندان انسان در وضوح اتمی بی سابقه استفاده کردند و الگوهای شبکه و بی نظمی های غیر منتظره را آشکار کردند. این یافته ها می تواند به درک بهتری از چگونگی پوسیدگی دندان و جلوگیری از آن منجر شود. این تحقیق تا حدودی توسط انستیتوی ملی تحقیقات دندانپزشکی و جرمی صورت (NIDCR) در انستیتوی ملی بهداشت حمایت شده است. این یافته ها در Nature در اول ژوئیه سال 2020 ظاهر می شوند
- این یافته ها می تواند تفکر و رویکرد ما را در تقویت دندان در برابر نیروهای مکانیکی و همچنین ترمیم آسیب های ناشی از فرسایش و پوسیدگی گسترش دهد.
- دندان های شما علی رغم تحمل فشار ، جویدن ، و خوردن برای یک عمر ، بسیار قابل انعطاف پذیر هستند. مینا (سخت ترین ماده در بدن انسان) تا حد زیادی مسئول این استقامت است. مواد معدنی بالای آن استحکام زیادی دارند
- مینای دندان پوشش بیرونی دندان ها را تشکیل می دهد و به جلوگیری از پوسیدگی دندان یا پوسیدگی کمک می کند.
- به گفته سازمان بهداشت جهانی ، پوسیدگی دندان یکی از شایع ترین بیماری های مزمن است که تا 90٪ کودکان و اکثریت قریب به اتفاق بزرگسالان در سراسر جهان مبتلا است. بدون درمان ، پوسیدگی دندان می تواند منجر به آبسه های دردناک ، عفونت استخوان و ریزش استخوان شود.
- پوسیدگی دندان هنگامی شروع می شود که اسید اضافی در دهان باعث تخریب پوشش مینا شود. دانشمندان مدتهاست که به دنبال تصویری کامل تر از خصوصیات شیمیایی و مکانیکی مینای دندان در سطح اتمی برای درک بهتر و به طور بالقوه جلوگیری در برابر از بین رفتن مینای دندان هستند.
- برای بررسی مینای دندان در ریزترین مقیاس ها ، محققان از روشهای میکروسکوپی مانند اسکن میکروسکوپ الکترونی عبوری (STEM) استفاده می کنند ، که پرتو الکترون ها را از طریق یک ماده جهت تهیه آرایش اتمی آن هدایت می کند.
- مطالعات STEM نشان داده است که در مقیاس نانو ، مینای دندان کریستال های مستحکم و محکم را تشکیل می دهد که تقریباً 1000 برابر عرض از موی انسان دارند. این بلورها ریز بیشتر از یک ماده معدنی کلسیم و فسفات بنام هیدروکسیلاپاتیت ساخته شده اند. مطالعات STEM همراه با تکنیک های تشخیص شیمیایی در مورد وجود مقادیر بسیار کمتری از عناصر شیمیایی دیگر وجود داشته است ، اما آسیب پذیری مینای دندان در برابر آسیب ناشی از پرتوهای الکترونی با انرژی بالا مانع از تجزیه و تحلیل کامل تر در سطح لازم برای تفکیک شدن می شود.
- برای تعریف این عناصر جزئی، از یک ابزار تصویربرداری به نام توموگرافی پروب اتمی استفاده کردند. با حذف پی در پی لایه های اتم از یک نمونه ، این تکنیک منظره تر و اتمی تر از اتم به ماده را فراهم می کند.
- دکتر جکستر ، نویسنده ارشد ، دکتری ، استاد علوم و مهندسی مواد در شمال غربی می گوید: “مطالعات قبلی نشانگر ترکیب عمده مینای دندان است ، که مانند دانستن آرایش کلی یک شهر از نظر جمعیت آن است.” “اما این به شما نمی گوید که چگونه کارها در مقیاس محلی در یک بلوک شهری یا یک خانه واحد انجام می شود. توموگرافی پروب اتمی این نمای دقیق را به ما داده است.”
- دانشمندان ازاین تکنیک به صورت مکمل برای غلبه بر محدودیت های فنی قبلی استفاده کردند. محققان با کارشناسان تصویربرداری به سرپرستی دکتر لنا کورکوتیس ، دکترای استادیار فیزیک کاربردی و مهندسی و مدیر میکروسکوپ الکترونی در مدیر دانشگاه ملی علوم مواد کرنل ، PARADIM ، در ایتاکا ، نیویورک همکاری داشتند. دانشمندان در کرنل ، یک آشکارساز شیمیایی فوق سریع با STEM را در دماهای بسیار کم همراه کردند تا آسیب مینای دندان به حداقل برسد و اطلاعات شیمیایی دقیق تری جمع شود. رویکردهای تکمیلی این تیم را قادر می سازد تا اطلاعات را در چندین سطح با وضوح مختلف جمع کنند تا دید کاملی از ویژگیهای شیمیایی و ساختاری بلورهای مینای دندان داشته باشند.
- نتایج نشان داد که بلوریت ها از یک شبکه یکنواخت از اتمهای هیدروکسیلاپاتیت ساخته شده اند. با این حال ، ساختار مشبک به نظر می رسد با تحریفات تاریک ، به ویژه در هسته مرکزی بلورها پاشیده شده است.
- با نگاهی دقیق تر به هسته ، این نقص ها به دلیل وجود عناصر جزئی که مطالعات قبلی به آن اشاره کرده اند ، ایجاد شده است. یکی از این عناصر منیزیم بود که در دو لایه مجزا در هسته بسیار متمرکز بود. منطقه مرکزی همچنین سرشار از سدیم ، فلوئور و کربنات بود. پهلو زدن به هسته “پوسته” با غلظت بسیار کمتری از این عناصر بود
پاول اسمیت ،پژوهشگر در خصوصیات اتمی و نانولوله غربی گفت: “ما فرض کردیم که بلوریت های انسانی از نظر ترکیب با مینای دندان جوندگان مشابه هستند ، که توسط محققان برای درک مینای دندان انسان استفاده می شود.اما این طور نبود – مینای دندان انسانی بسیار پیچیده تر از آن چیزی است که تصور می کردیم.”
دانشمندان گمان می کردند که بی نظمی های ایجاد شده توسط لایه های منیزیم باعث ایجاد نواحی فشار در بلور می شود.
کارن دیروچر ،کارشناسی ارشد آزمایشگاه Joester می گوید: “استرس ممکن است بد به نظر برسد ، اما در علم مواد می تواند مفید باشد ، و فکر می کنیم ممکن است مینا به طور کلی قوی تر شود.” “از طرف دیگر ، پیش بینی می شود که این فشارها باعث حل شدن محلول هسته می شوند” که ممکن است منجر به فرسایش مینای دندان شود.
در واقع ، هنگامی که محققان کریستالیت ها را در معرض اسید قرار دادند – مشابه آنچه در دهان رخ می دهد – هسته فرسایش بیشتری نسبت به پوسته نشان می دهد. برای تأیید این نتایج ، مدل سازی و آزمایش های بیشتر لازم خواهد بود ، همچنین برای کشف این ایده که استرس ناشی از ناخالصی های شیمیایی ممکن است مینای دندان را تقویت کرده و در برابر شکستگی مقاوم تر کند. این گروه همچنین قصد دارد تا با استفاده از این رویکردها ، اطلاعات بیشتری در مورد چگونگی تأثیر اسید روی مینای دندان را ادامه دهد.
DeRocher می گوید: “این اطلاعات جدید شبیه سازی مبتنی بر مدل تخریب مینای دندان را که قبلاً امکان پذیر نبود ، قادر می سازد و به ما کمک می کند تا درک بهتر نحوه پوسیدگی را درک کنیم.”
این یافته ها می تواند به رویکردهای جدیدی برای سفت شدن مینا و جلوگیری از ایجاد معکوس حفره منجر شود.
گردآوری: گروه تحقیق و پژوهش آنتوس
