เคลือบฟันมีอายุการใช้งานอย่างไร?
เคลือบฟันเป็นสารที่แข็งที่สุดในร่างกายมนุษย์ แต่จนถึงขณะนี้ยังไม่มีใครรู้ว่ามันสามารถอยู่ได้ตลอดชีวิตได้อย่างไร ผู้เขียนผลการศึกษาล่าสุดสรุปได้ว่าความลับของเคลือบฟันอยู่ที่การเรียงตัวของผลึกที่ไม่สมบูรณ์
ถ้าเราตัดผิวหนังหรือหักกระดูกเนื้อเยื่อเหล่านี้จะซ่อมแซมตัวเอง ร่างกายของเราฟื้นตัวจากอาการบาดเจ็บได้ดีเยี่ยม
อย่างไรก็ตามเคลือบฟันไม่สามารถสร้างใหม่ได้และช่องปากเป็นสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นมิตร
ทุกมื้ออาหารเคลือบฟันจะตกอยู่ภายใต้ความเครียดอย่างไม่น่าเชื่อ นอกจากนี้ยังมีสภาพอากาศที่เปลี่ยนแปลงอย่างรุนแรงทั้งค่า pH และอุณหภูมิ
แม้จะเผชิญกับความทุกข์ยากนี้ แต่สารเคลือบฟันที่เราพัฒนาเมื่อยังเป็นเด็กก็ยังคงอยู่กับเราตลอดวัน
นักวิจัยให้ความสนใจมานานแล้วว่าเคลือบฟันสามารถใช้งานได้จริงและสมบูรณ์ไปตลอดชีวิตได้อย่างไร
ในฐานะหนึ่งในผู้เขียนผลการศึกษาล่าสุดศ. ปูปากิลเบิร์ตจากมหาวิทยาลัยวิสคอนซินแมดิสันกล่าวว่า“ มันจะป้องกันความล้มเหลวจากภัยพิบัติได้อย่างไร?”
ความลับของเคลือบฟัน
ด้วยความช่วยเหลือจากนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ (MIT) ในเคมบริดจ์และมหาวิทยาลัยพิตต์สเบิร์กรัฐเพนซิลวาเนียศ. กิลเบิร์ตได้พิจารณารายละเอียดเกี่ยวกับโครงสร้างของเคลือบฟัน
ขณะนี้ทีมนักวิทยาศาสตร์ได้ตีพิมพ์ผลการศึกษาในวารสาร Nature Communications
เคลือบฟันประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าแท่งเคลือบซึ่งประกอบด้วยผลึกไฮดรอกซีอะพาไทต์ แท่งเคลือบยาวบาง ๆ เหล่านี้มีความกว้างประมาณ 50 นาโนเมตรและยาว 10 ไมโครเมตร
ด้วยการใช้เทคโนโลยีการถ่ายภาพที่ทันสมัยนักวิทยาศาสตร์สามารถมองเห็นได้ว่าผลึกแต่ละตัวในเคลือบฟันเรียงตัวกันอย่างไร เทคนิคที่ศ. กิลเบิร์ตออกแบบเรียกว่าการทำแผนที่ความคมชัดของภาพที่ขึ้นกับโพลาไรซ์ (PIC)
ก่อนการกำเนิดของการทำแผนที่ PIC เป็นไปไม่ได้ที่จะศึกษาเคลือบฟันด้วยรายละเอียดระดับนี้ “ [Y] คุณสามารถวัดและเห็นภาพเป็นสีการวางแนวของนาโนคริสตัลแต่ละชิ้นและเห็นหลายล้านคริสตัลในคราวเดียว” ศ. กิลเบิร์ตอธิบาย
“ สถาปัตยกรรมของชีวแร่ที่ซับซ้อนเช่นเคลือบฟันสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าทันทีในแผนที่ PIC”
เมื่อพวกเขาดูโครงสร้างของเคลือบฟันนักวิจัยได้ค้นพบรูปแบบ “ โดยทั่วไปแล้วเราเห็นว่าไม่มีการวางแนวเดี่ยวในแต่ละแท่ง แต่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างค่อยเป็นค่อยไปในการวางแนวคริสตัลระหว่างนาโนคริสตัลที่อยู่ติดกัน” กิลเบิร์ตอธิบาย “ แล้วคำถามก็คือ ‘นี่เป็นข้อสังเกตที่มีประโยชน์หรือไม่?’”
ความสำคัญของการวางแนวคริสตัล
เพื่อทดสอบว่าการเปลี่ยนแปลงของการเรียงตัวของคริสตัลมีผลต่อวิธีที่เคลือบฟันตอบสนองต่อความเครียดหรือไม่ทีมงานได้รับความช่วยเหลือจากศ. Markus Buehler จาก MIT โดยใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์พวกเขาจำลองแรงที่ผลึกไฮดรอกซีแอปาไทต์จะได้รับเมื่อคนเคี้ยว
ภายในแบบจำลองพวกเขาวางคริสตัลสองบล็อกไว้ข้างๆกันเพื่อให้บล็อกสัมผัสกับขอบด้านหนึ่ง คริสตัลที่อยู่ในแต่ละบล็อกของทั้งสองนั้นเรียงตัวกัน แต่เมื่อสัมผัสกับอีกบล็อกหนึ่งผลึกจะพบกันที่มุม
ตลอดการทดลองหลายครั้งนักวิทยาศาสตร์ได้ปรับเปลี่ยนมุมที่ผลึกทั้งสองก้อนพบกัน หากนักวิจัยจัดเรียงบล็อกทั้งสองอย่างสมบูรณ์ที่ส่วนต่อประสานที่พวกเขาพบรอยแตกจะปรากฏขึ้นเมื่อพวกเขาใช้แรงกด
เมื่อบล็อกพบกันที่ 45 องศามันก็เป็นเรื่องที่คล้ายกัน รอยแตกปรากฏขึ้นที่อินเทอร์เฟซ อย่างไรก็ตามเมื่อผลึกอยู่ในแนวที่ไม่ตรงเพียงเล็กน้อยส่วนต่อประสานจะเบี่ยงเบนรอยแตกและป้องกันไม่ให้เกิดการแพร่กระจาย
การค้นพบนี้กระตุ้นให้เกิดการสอบสวนเพิ่มเติม ถัดไปศ. กิลเบิร์ตต้องการระบุมุมอินเทอร์เฟซที่สมบูรณ์แบบเพื่อความยืดหยุ่นสูงสุด ทีมงานไม่สามารถใช้แบบจำลองคอมพิวเตอร์เพื่อตรวจสอบคำถามนี้ศ. กิลเบิร์ตจึงวางใจในวิวัฒนาการ “ ถ้ามีมุมที่ดีที่สุดของความเข้าใจผิดฉันพนันได้เลยว่ามันเป็นมุมหนึ่งในปากของเรา” เธอตัดสินใจ
ในการตรวจสอบผู้เขียนร่วม Cayla Stifler ได้กลับไปที่ข้อมูลการทำแผนที่ PIC ดั้งเดิมและวัดมุมระหว่างผลึกที่อยู่ติดกัน หลังจากสร้างจุดข้อมูลนับล้านจุด Stifler พบว่า 1 องศาเป็นขนาดที่พบบ่อยที่สุดของความคลาดเคลื่อนและสูงสุดคือ 30 องศา
ข้อสังเกตนี้เห็นด้วยกับการจำลอง - มุมที่เล็กกว่าสามารถเบี่ยงเบนรอยแตกร้าวได้ดีกว่า
“ ตอนนี้เรารู้แล้วว่ารอยแตกเบี่ยงเบนไปในระดับนาโนดังนั้นจึงไม่สามารถแพร่กระจายไปได้ไกลนัก นั่นคือเหตุผลที่ฟันของเราอยู่ได้ตลอดชีวิตโดยไม่ต้องเปลี่ยนใหม่”
ศ. ปูปากิลเบิร์ต
