Mat lämnar permanenta spår på tänderna. Kor som tuggar på gräs, tigrar som river upp en bit rått kött och människor som mumsar på tortillachips slutar alla med små repor och hack på tändernas emalj. Att undersöka dessa märken på mikroskalan - vad forskare kallar "mikrokläder" - har lett till nya upptäckter om tändernas natur och våra mänskliga förfäders kost.

Nu har ett team av forskare tittat ännu närmare på tänderna och dokumenterat effekterna av tuggning på de strukturer i nanostorlek som utgör tandemaljen. Insikter från deras forskning har breda implikationer. De kan leda till bättre tandvård, men de ger också nya verktyg för forskare som studerar fossila tänder samt bioingenjörer som bygger framtidens material.

Peter Ungar, Erkänd professor i antropologi, och Ryan Tian, docent i oorganisk kemi, arbetat med forskare vid Southwest Jiaotong University i Chengdu, Kina, om detta projekt och deras resultat publiceras i Journal of the Royal Society Interface .

Forskarna använde kraftfulla mikroskop för att observera effekterna av olika typer av slitage på nanostrukturerna som utgör tandemaljen. Emalj är sammansatt av bandliknande strängar av nanopartiklar som kallas hydroxyapatitkristalliter, som staplas ovanpå varandra och limmas ihop av proteiner.

"Hydroxapatitkristalliter är de grundläggande enheterna av emalj, var och en mindre än 1/1000:e tjockleken på ett människohår, "sa Ungar." Mest forskning om tandslitage hittills har fokuserat på effekter på mycket större skalor, men vi måste studera emalj på denna finare nivå för att verkligen förstå naturen av hur den hårdaste vävnaden i våra kroppar motstår slitage."

Med tips gjorda av olika typer av material, forskarna applicerade tryck på ytan av mänskliga molarer, som hade utvunnits för ortodontiska ändamål. De kliade tänderna, flytta spetsen över ytan för att simulera verkan av tänder som rör sig mot varandra under tuggning. De drog också in ytan på tänderna, trycka spetsen mot emaljen för att simulera trycket som orsakas av krossning av mat.

Forskarna observerade att på varje nivå av tryck, repor ledde till mer skada än fördjupning, men att båda typerna av stress resulterade i tre olika sorters skador. "Plockning" uppstår när kristalliterna separeras från varandra. Att applicera mer tryck på emaljen leder till "deformation, " eller böjning och klämning av kristalliterna. Vid ännu högre trycknivåer, de kemiska bindningarna som håller ihop kristalliterna bröts. De kallade detta "fragmentering".

Att förstå tuggningens effekter på denna grundläggande nivå har konsekvenser för ett stort antal områden, från klinisk tandvård till evolutionär biologi till biomedicin.

"Fynden i yttribologisk kemi kan hjälpa oss att förstå naturen av den kemiska gränssnittsbindningen mellan nanopartiklarna som Moder Natur använder för att göra biomineraler av alla typer på begäran, sa Tian.