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牙釉质的坚韧性来自于它独特的结构。

发布时间:2019-10-07 10:41:01

对釉质纳米结构的第一次研究有助于解释为什么人体中最坚硬的物质具有难以置信的弹性。釉看起来像骨头,但实际上它们不是活组织。我们年轻时,釉就已经形成。一旦牙齿发育成熟,釉就没有能力自我修复或再生。幸运的是,产生釉质的矿化过程产生了难以置信的韧性,比钢铁更难。新的研究揭示了一种前所未有的机制,使釉具有非凡的韧性。

威斯康星大学麦迪逊分校的生物学家PupaGilbert说:每次咀嚼牙齿,我们每天都要给釉料施加数百次压力。这种釉是独一无二的,因为它必须能够在我们的一生中保持坚韧,那么它如何防止灾难性的破坏呢?

答案在于研究人员所说的牙釉质的隐藏结构:构成我们牙齿外层的纳米晶的排列。这些微小的晶体是由钙磷灰石(一种叫做羟基磷灰石的钙磷灰石)组成的,在其他生物的牙齿中发现了同样的矿物质,它们确实很小,只有人类头发厚度的1/1000。

吉尔伯特说:在这项研究之前,我们还没有研究牙釉质结构的方法。但是通过我发明的一种叫做偏振相关的成像对比度映射技术,你可以用颜色来测量和可视化单个纳米晶的方向,同时看到数百万纳米晶。

吉尔伯特认为,这种电子显微镜方法使复杂生物矿物的结构肉眼可见,这揭示了科学家从未见过的东西。在人类牙齿上使用偏振相关的成像对比图时,研究人员观察到,羟基磷灰石纳米晶的位置并不像研究人员先前设想的那样。

在搪瓷中,晶体被捆绑成一种叫做棒状的结构,但是研究小组发现相邻纳米晶之间的取向发生了意想不到的变化,在相邻晶体中的取向误差范围从1到30度不等。至于这种现象存在的原因,吉尔伯特和他的同事们认为他们已经找到了答案。他们写道:我们认为相邻纳米晶的错误取向提供了一种增韧机制。如果所有晶体的取向相同,则横向裂纹可沿晶界扩展。

当然,在现实生活中几乎不可能在人类牙齿上验证这一假说,但该小组进行的分子动力学模拟支持了这一观点。裂纹偏转是一种很好的增韧机制,因此我们得出结论,观察到的错误取向在釉中起着关键的机械作用,它们在纳米尺度上提高了釉的韧性,这对于抵御每天重复数千次的强烈咀嚼力很重要。研究人员说。结果表明,裂纹偏转是一种很好的增韧机制,因此,观察到的偏转在釉中起着关键的机械作用,这对于抵御每天重复数千次的强韧咀嚼力是非常重要的。

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来源:中国证券网
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