2020年7月14日

先进的成像显示牙釉质的结构

乍看上去

  • 先进的成像技术在牙釉质晶体的核心中发现了矿物沉积物,这些矿物沉积物增加了机械强度,但容易腐烂。
  • 这些发现可能会导致新的方法来增韧牙釉质,防止或逆转空腔的形成。
搪瓷微晶 珐琅由紧密束成的长方形晶体组成,其宽度小于人发的1,000倍。 西北大学的Karen DeRocher

牙齿上覆盖着一层厚实的耐久涂层,称为搪瓷,这是人体内最坚硬的物质。搪瓷有助于保护牙齿免受数十年的咀嚼,并提供防蛀保护。

但是珐琅并非无敌。自然存在于口腔中的细菌会产生酸,随着时间的流逝,它们会溶解掉牙釉质。这有助于龋齿或蛀牙。如果不及时治疗,空腔会引起疼痛,并可能导致感染和牙齿脱落。

搪瓷损坏后不会轻易修复。尽管研究人员已经了解了组成牙齿珐琅质的矿物质,但他们想进一步了解其结构。搪瓷由棒组成,棒又由数千种称为微晶的微观晶体组成。对这些结构的更好的了解可能会导致保护和修复牙釉质的新策略。

一种称为扫描透射电子显微镜(STEM)的成像技术为科学家提供了搪瓷微晶的一些粗糙图片。但是,为获得更清晰的视野而需要的传统STEM光束强度会在生成图片之前损坏瓷釉。

在一项新的研究中,西北大学的Karen DeRocher,Paul Smeets博士和Derk Joester博士领导的团队结合了多种成像技术,制作出了原子级珐琅质照片。这些技术包括在非常冷的温度下执行的STEM版本和原子探针层析成像,该技术一次可拍摄一层原子的物质图像。

搪瓷微晶核的原子分辨率扫描透射电镜图像珐琅微晶,从晶体的长轴向下看。深色区域显示镁离子在核芯的任一侧形成两层。 西北大学

这项工作部分由美国国立卫生研究院国家牙科和颅面研究所(NIDCR)资助。结果于2020年7月1日发布在 性质.

这些方法揭示了微晶的高清晰度视图,这些微晶主要由被称为羟磷灰石的矿物制成。他们还揭示了晶体中镁,钠和氟化物等其他矿物质的沉积方式。

原子级3D图像重建表明,这些其他矿物质往往在微晶核内部而不是在外层或壳中发现。计算机建模表明,岩心中的矿物质有助于它们的强大强度。

矿物质沉积也可能解释了龋齿的某些风险。当研究人员将牙齿暴露于酸中,然后检查由此造成的损害时,珐琅晶体芯比外壳具有更多的侵蚀. 该小组正在计划进一步研究,以进一步了解此过程。

DeRocher说:“这些新信息将实现以前无法实现的基于模型的搪瓷降解模拟,从而帮助我们更好地了解龋齿的发展。”

这些发现可能会导致新的方法来加强牙齿和修复由于侵蚀和腐烂而引起的损伤。

相关链接

参考文献: 人类牙釉质微晶中的化学梯度。 DeRocher KA,Smeets PJM,Goodge BH,Zachman MJ,Balachandran PV,Stegbauer L,Cohen MJ,Gordon LM,Rondinelli JM,Kourkoutis LF,Joester D. 性质。 2020年7月; 583(7814):66-71。 doi:10.1038 / s41586-020-2433-3。 Epub 2020年7月1日。PMID:32612224。

资金: 美国国立卫生研究院国家牙科和颅面研究所(NIDCR);国家科学基金会;弗吉尼亚大学3M;加拿大国家科学与工程研究理事会;西北大学Deutsche Forschungsgemeinschaft。