Studie

Wie reagieren Zähne auf Kaubelastungen im Nanobereich?

Während sich die Forschung zum Thema Zahnabnutzung bisher auf Effekte in größeren Maßstäben konzentriert hat, sind die Reaktionen der Zähne auf die Kaubelastungen im Nanobereich noch nicht intensiv erforscht. In dem Zusammenhang spielt auch die Ätiologie der Schmelzabnutzung und der Bruchfestigkeit eine Rolle.

Unterm Hochleistungsmikroskop sieht man, dass Zähne auf Kaubelastungen im Nanobereich je nach Größe und Richtung der Kraft auf drei unterschiedliche Arten auf den Kontaktdruck ansprechen: Zupfen, plastische Verformung und Fragmentierung. University of Arkansas

Um die Auswirkungen des Verschleißes auf die Nanostrukturen des Zahnschmelzes zu untersuchen, hat ein internationales Forscherkollektiv aus China und den USA ein neues Modell für Reaktionen von einzelnen Hydroxylapatit-Nanofasern - die grundlegenden Bausteine ​​des Zahnschmelzes und jedes für sich weniger groß als 1/1000 der Dicke eines menschlichen Haares - auf unterschiedliche Belastungen und Kraftrichtungen entwickelt.

Methode: Dazu wurde mithilfe von Spitzen aus verschiedenen Materialien Druck auf die Oberfläche von Molaren ausgeübt, die im Rahmen einer kieferorthopädischen Therapie extrahiert worden waren. Die Spitze wurde sowohl gegen den Zahnschmelz gedrückt, um den Druck zu simulieren, der durch das Zerkleinern von Nahrung verursacht wird, als auch in kratzender Bewegung über den Zahnschmelz geführt.

Ergebnisse: Im Rahmen der Studie konnte mithilfe von Hochleistungsmikroskopen gezeigt werden, dass die Nanofasern je nach Größe und Richtung der Kraft auf drei unterschiedliche Arten auf den Kontaktdruck ansprechen, mit anderen Worten auf mechanischen Stress mit dreierlei Arten von Zerstörung reagieren:

  1. - „Zupfen“ (trat auf, wenn die Bindungsproteine im Hydroxylapatit voneinander getrennt wurden)
  2. - plastische Verformung
  3. - Fragmentierung (Nanofaserbruch geschieht immer dann, wenn die Stärke von H-Brücken, die kleinere Nanopartikel in Nanokugeln binden, überschritten wird)

Der kritische Kontaktdruck zum Starten des Zupfens ist demnach der niedrigste, gefolgt von plastischer Verformung und schließlich der Fragmentierung. Die Autoren kommen zu dem Ergebnis, dass ein geringerer Kontaktdruck für eine Reaktion mit Scherkräften erforderlich ist, die senkrecht zu den langen Achsen der Nanofasern angewendet werden, als dies bei Kräften der Fall ist, die parallel zu den langen Achsen wirken.

Schlussfolgerung: Aus Sicht der Autoren könnten die Erkenntnisse helfen, die natürlichen Vorgänge der „Grenzflächenchemie“ zwischen den Nanopartikeln zu verstehen, um Biomineralien aller Art auf Anfrage einmal künstlich herzustellen zu können. Unterm Strich kommen die Forscher zu dem Schluss, dass die Nanochemie eine kritische Rolle bei der Reaktion des Zahnschmelzes auf unterschiedliche Kaubelastungen spielt.

Jing Xia, Z. Ryan Tian, Licheng Hua, Lei Chen, Zhongrong Zhou, Linmao Qian, Peter S. Ungar: Enamel crystallite strength and wear: nanoscale responses of teeth to chewing loads Journal of the Royal Society Interface  Published 25 October 2017. DOI:10.1098/rsif.2017.0456

Die Studie im Original finden Sie hier.

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