Menselijke tanden moeten een leven lang dienst doen, ondanks het feit dat ze onderworpen zijn aan enorme krachten. Maar de hoge faalweerstand van dentine in tanden wordt niet volledig begrepen. Een interdisciplinair team onder leiding van wetenschappers van Charite Universitaetsmedizin Berlin heeft nu de complexe structuur van dentine geanalyseerd. Bij de synchrotronbronnen BESSY II bij HZB, Berlijn, Duitsland, en de Europese Synchrotron Stralingsfaciliteit ESRF, Grenoble, Frankrijk, ze zouden kunnen onthullen dat de minerale deeltjes voorgecomprimeerd zijn.

De interne spanning werkt scheurgroei tegen en verhoogt de weerstand van de biostructuur.

Ingenieurs gebruiken interne spanningen om materialen te versterken voor specifieke technische doeleinden. Nu lijkt het erop dat de evolutie deze truc al lang 'weet', en heeft het gebruikt in onze natuurlijke tanden. In tegenstelling tot botten, die gedeeltelijk uit levende cellen bestaan, menselijke tanden zijn niet in staat om schade te herstellen. Hun grootste deel is gemaakt van dentine, een botachtig materiaal bestaande uit minerale nanodeeltjes. Deze minerale nanodeeltjes zijn ingebed in collageen eiwitvezels, waarmee ze nauw verbonden zijn. In elke tand, dergelijke vezels zijn te vinden, en ze liggen in lagen, tanden taai en bestand tegen beschadigingen maken. Nog altijd, het werd niet goed begrepen, hoe scheurvoortplanting in tanden kan worden gestopt.

Nu onderzoekers van Charite Julius-Wolff-Instituut, Berlin heeft samengewerkt met partners van de afdeling Materials Engineering van Technische Universitaets Berlin, MPI van colloïden en interfaces, Potsdam en Technion - Israel Institute of Technology, Haifa, om deze biostructuren nader te onderzoeken. Ze voerden Micro-beam in-situ stress-experimenten uit in de mySpot BESSY-faciliteit van HZB, Berlijn, Duitsland en analyseerde de lokale oriëntatie van de minerale nanodeeltjes met behulp van de nano-imaging-faciliteit van de European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble, Frankrijk.

Wanneer de kleine collageenvezels krimpen, de aangehechte minerale deeltjes worden steeds meer samengedrukt, ontdekte het wetenschappelijke team. "Onze groep was in staat om veranderingen in vochtigheid te gebruiken om aan te tonen hoe stress verschijnt in het mineraal in de collageenvezels, Dr. Paul Zaslansky van Julius Wolff-Instituut van Charite Berlin legt uit. "De gecomprimeerde toestand helpt voorkomen dat er scheuren ontstaan ​​en we ontdekten dat de compressie op zo'n manier plaatsvindt dat scheuren niet gemakkelijk de binnenste delen van de tand kunnen bereiken, die de gevoelige pulp kunnen beschadigen. Op deze manier, compressiespanning helpt voorkomen dat scheuren door de tand stromen.

De wetenschappers onderzochten ook wat er gebeurt als de hechte mineraal-eiwitverbinding wordt vernietigd door verhitting:in dat geval dentine in tanden wordt veel zwakker. Wij zijn daarom van mening dat de balans van spanningen tussen de deeltjes en het eiwit belangrijk is voor de langere overleving van tanden in de mond, Charite-wetenschapper Jean-Baptiste Forien zegt. Hun resultaten kunnen verklaren waarom kunstmatige tandvervangingen meestal niet zo goed werken als gezonde tanden:ze zijn gewoon te passief, zonder de mechanismen die in de natuurlijke tandstructuren worden gevonden, en bijgevolg kunnen vullingen de spanningen in de mond niet zo goed aan als tanden. "Onze resultaten kunnen inspireren tot de ontwikkeling van hardere keramische structuren voor tandreparatie of -vervanging, Zaslansky hoopt.