Voedsel laat blijvende sporen achter op de tanden. Koeien die op gras kauwen, tijgers die een stuk rauw vlees verscheuren en mensen die op tortillachips kauwen eindigen allemaal met kleine krasjes en inkepingen op het glazuur van hun tanden. Het onderzoeken van deze markeringen op microschaal - wat onderzoekers 'microwear' noemen - heeft geleid tot nieuwe ontdekkingen over de aard van tanden en het dieet van onze menselijke voorouders.

Nu heeft een team van onderzoekers tanden nog beter bekeken en de effecten van kauwen op de nanostructuren waaruit tandglazuur bestaat gedocumenteerd. Inzichten uit hun onderzoek hebben brede implicaties. Ze kunnen leiden tot betere tandheelkundige zorg, maar ze bieden ook nieuwe hulpmiddelen voor wetenschappers die fossiele tanden bestuderen en voor bio-ingenieurs die de materialen van de toekomst bouwen.

Peter Ungar, Distinguished Professor in de antropologie, en Ryan Tian, universitair hoofddocent anorganische chemie, werkte samen met onderzoekers van de Southwest Jiaotong University in Chengdu, China, over dit project en hun resultaten worden gepubliceerd in de Tijdschrift van de Royal Society Interface .

De onderzoekers gebruikten krachtige microscopen om de effecten van verschillende soorten slijtage op de nanostructuren van tandglazuur te observeren. Email is samengesteld uit lintachtige snaren van nanodeeltjes, hydroxyapatietkristallieten genaamd, die op elkaar zijn gestapeld en door eiwitten aan elkaar zijn gelijmd.

"Hydroxapatietkristallieten zijn de fundamentele eenheden van glazuur, elk minder dan 1/1000ste van de dikte van een mensenhaar, " zei Ungar. "Het meeste onderzoek naar tandslijtage tot nu toe heeft zich gericht op effecten op veel grotere schaal, maar we moeten glazuur op dit fijnere niveau bestuderen om echt te begrijpen hoe het hardste weefsel in ons lichaam bestand is tegen slijtage."

Met behulp van tips gemaakt van verschillende soorten materiaal, de onderzoekers oefenden druk uit op het oppervlak van menselijke kiezen, die voor orthodontische doeleinden waren geëxtraheerd. Ze krabden aan de tanden, door de punt over het oppervlak te bewegen om de actie te simuleren van tanden die tijdens het kauwen tegen elkaar bewegen. Ze hebben ook het oppervlak van de tanden ingesprongen, druk de punt tegen het glazuur om de druk te simuleren die wordt veroorzaakt door het pletten van voedsel.

De onderzoekers merkten op dat op elk niveau van druk, krassen leidde tot meer schade dan inkepingen, maar dat beide soorten stress resulteerden in drie verschillende soorten schade. "Plukken" vindt plaats wanneer de kristallieten van elkaar worden gescheiden. Meer druk uitoefenen op het glazuur leidt tot "vervorming, " of het buigen en knijpen van de kristallieten. Bij nog hogere drukniveaus, de chemische bindingen die de kristallieten bij elkaar hielden, braken. Ze noemden dit 'fragmentatie'.

Het begrijpen van de effecten van kauwen op dit fundamentele niveau heeft implicaties voor een groot aantal gebieden, van klinische tandheelkunde tot evolutionaire biologie tot biogeneeskunde.

"De bevindingen in de tribologische oppervlaktechemie kunnen ons helpen de aard van de grensvlakchemische binding tussen de nanodeeltjes te begrijpen die Moeder Natuur gebruikt om op verzoek allerlei soorten biomineralen te maken, " zei Tian.