Mänskliga tänder måste tjäna livet ut, trots att de utsatts för enorma krafter. Men dentins höga misslyckande motstånd i tänderna är inte helt förstått. Ett tvärvetenskapligt team som leds av forskare från Charite Universitaetsmedizin Berlin har nu analyserat den komplexa strukturen för dentin. Vid synkrotronkällorna BESSY II vid HZB, Berlin, Tyskland, och European Synchrotron Radiation Facility ESRF, Grenoble, Frankrike, de kan avslöja att mineralpartiklarna är förkomprimerade.

Den inre spänningen fungerar mot sprickutbredning och ökar biostrukturens motståndskraft.

Ingenjörer använder interna påfrestningar för att förstärka material för specifika tekniska ändamål. Nu verkar det som att evolutionen länge har "känt" till detta trick, och har använt den i våra naturliga tänder. Till skillnad från ben, som delvis består av levande celler, mänskliga tänder kan inte reparera skador. Deras bulk är gjord av dentin, ett benformigt material bestående av mineraliska nanopartiklar. Dessa mineral nanopartiklar är inbäddade i kollagenproteinfibrer, som de är tätt kopplade till. I varje tand, sådana fibrer kan hittas, och de ligger i lager, gör tänderna hårda och skadorbeständiga. Fortfarande, det förstod inte väl, hur sprickutbredning i tänderna kan stoppas.

Nu forskare från Charite Julius-Wolff-institutet, Berlin har arbetat med partners från Materials Engineering Department of Technische Universitaets Berlin, MPI för kolloider och gränssnitt, Potsdam och Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, att undersöka dessa biostrukturer närmare. De utförde Micro-beam in-situ stress-experiment i mySpot BESSY-anläggningen i HZB, Berlin, Tyskland och analyserade den lokala orienteringen av mineralnanopartiklarna med hjälp av nano-imaging-anläggningen i European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) i Grenoble, Frankrike.

När de små kollagenfibrerna krymper, de fästa mineralpartiklarna blir allt mer komprimerade, vetenskapsteamet fick reda på det. "Vår grupp kunde använda förändringar i fuktighet för att visa hur stress uppträder i mineralet i kollagenfibrerna, Dr Paul Zaslansky från Julius Wolff-Institute of Charite Berlin förklarar. "Det komprimerade tillståndet hjälper till att förhindra sprickor från att utvecklas och vi fann att komprimering sker på ett sådant sätt att sprickor inte lätt kan nå tandens inre delar, som kan skada den känsliga massan. På detta sätt, kompressionsspänning hjälper till att förhindra sprickor från att rusa genom tanden.

Forskarna undersökte också vad som händer om den täta mineralproteinlänken förstörs genom uppvärmning:I så fall, dentin i tänderna blir mycket svagare. Vi tror därför att balansen mellan spänningar mellan partiklarna och proteinet är viktig för den långa överlevnaden av tänder i munnen, Charite-forskaren Jean-Baptiste Forien säger. Deras resultat kan förklara varför konstgjorda tandbyten vanligtvis inte fungerar lika bra som friska tänder:de är helt enkelt för passiva, saknar de mekanismer som finns i de naturliga tandstrukturerna, och följaktligen kan fyllningar inte upprätthålla spänningar i munnen lika bra som tänderna gör. "Våra resultat kan inspirera utvecklingen av hårdare keramiska strukturer för tandreparation eller byte, Zaslansky hoppas.