Sklovina je tak složitá, že ještě nedávno bylo téměř nemožné ji napodobit. Tým inženýrů z Číny to ale přesto dokázal.
Zubní sklovinu si opotřebováváme každý den. A zuby to statečně snášejí. Když jimi rozmělňujete tvrdé potraviny nebo když jimi skřípete, pokud jste ve stresu, můžete za jejich ochranu poděkovat nanoskopickému štítu: zubní sklovině. Tahle složitá vnější vrstva na povrchu zubu, silná jen několik milimetrů, umožňuje drtit, kousat a žvýkat bez neustálé bolesti citlivých tkání pod sklovinou.
Mezinárodní tým vědců nyní vyvinul syntetickou sklovinu, která podle článku o jejich výsledcích dokonce předčí tu skutečnou. Pokud vše půjde dobře, mohly by tyto poznatky konečně přinést přesvědčivé řešení pro kazící se zuby.
Problém s viskoelasticitou
Biomimetická zubní sklovinu vytvořili čínští vědci z Univerzity v Pekingu podle původního přírodního vzoru. V laboratoři ji ale následně vylepšili tak, aby odolala ještě většímu opotřebení a tlaku. Zatímco jiným inženýrům se již předtím podařilo obnovit určité části této tvrdé vnější vrstvy zubu, nový přístup zohlednil jak tuhé, tak pružné složky, aby se více přiblížil složení a struktuře skutečné skloviny.
„Zubní sklovina má výjimečnou viskoelasticitu, která jí umožňuje snášet vibrace a deformační poškození po ultra dlouhou dobu provozu,“ tvrdí Hewei Zhao, hlavní autor článku a chemický inženýr z Univerzity v Pekingu. „Tyto vlastnosti jsou tradičně považovány za kompromis. To je u materiálů [vyrobených člověkem] neobvyklé a dalo nám to motivaci k jejich studiu.“
K výrobě nakonec pomohly extrémní teploty
V minulosti se vědci pokoušeli použít k tvarování krystalických „drátů“ peptidy – jsou to jakési krátké řetězce aminokyselin, které buňky používají ke stavbě proteinů. Nebyli však schopni uspořádat peptidy do složitých struktur, které jsou nezbytné pro pružnost a tvrdost skloviny.
V nové studii se vědci proto pokusili více napodobit přírodní podobu skloviny. Namísto peptidů a dalších biologických nástrojů použili extrémní teploty, aby přiměli drátky k uspořádané formaci. Stejně jako v případě dřívější konstrukce umělých sklovin, tým vytvořil svůj nový materiál z drátků hydroxyapatitu – stejného minerálu, který tvoří skutečnou sklovinu. Na rozdíl od většiny ostatních syntetických smaltů však výzkumníci drátky obalili do kujného povlaku na bázi kovu.
Lepší než opravdová sklovina
Podařilo se jim tak vytvořit nanokompozitní systém, který účinně napodobuje houževnatost skutečného smaltu a zároveň zachovává jeho viskoelasticitu. Poté tento materiál testovali tak, že jej nanesli na různě tvarované předměty včetně lidských zubů.
Tým zjistil, že „vykazuje vysokou tuhost, tvrdost, pevnost, viskoelasticitu a houževnatost, čímž překonává vlastnosti skloviny a dříve vyráběných objemových materiálů inspirovaných sklovinou,“ uvádí se ve studii.
Zdroj:
scientificamerican.com, Independent, phys.org