Tandglazuur, het hardste weefsel in ons lichaam, zou deel van zijn kracht danken aan de manier waarop zijn microscopische kristallen zijn geordend.
Je poetst je tanden niet zomaar meerdere keren per dag. Het badkamerritueel zorgt niet alleen voor een frisse adem, het houdt ook gaatjes op afstand. Tandglazuur, de witte laag die de gevoelige weefsels in de tand beschermt en vormt als we jong zijn, kan zichzelf namelijk niet herstellen.
Gelukkig is tandglazuur sterk, heel sterk – het is het hardste en veerkrachtigste weefsel in ons lichaam. Die kracht zou het mede te danken hebben aan de structuur van de kristallen waaruit het glazuur is opgebouwd, zo schrijven onderzoekers in vakblad Nature Communications.
Lees ook:
Microscopisch
De piepkleine kristallen bestaan uit een mineraal genaamd hydroxyapatiet. Kleiner dan een duizendste van een mensenhaar zijn de nanokristallen zó klein, dat het bestuderen ervan geen makkelijke klus is.
Met de methode die de onderzoeksgroep van de Wisconsin-Madison-universiteit ontwikkelde, lukt het wel, zo schrijft hoofdauteur Pupa Gilbert. Bij PIC-mapping, zoals de techniek heet (voor polarisation-dependent imaging contrast mapping), kan de oriëntatie van individuele nanokristallen in beeld gebracht worden, schrijft Gilbert.
Microscopisch beeld van tandglazuur. De kleuren geven de hoek van de glazuurstaafjes en -tussenstaafjes aan. © Gilbert et al., 2019/Nature Communications
Kristalpatroon
Toen de onderzoekers met de techniek menselijke tanden onder de loep namen, zagen ze dat de nanokristallen anders geordend waren dan ze verwachtte.
De apatietkristallen zijn gebundeld in glazuurstaafjes (Engels: rods) en zogenaamde tussenstaafjes (Engels: interrods) die de rods omgeven. De onderzoekers zagen een geleidelijk verloop van de oriëntatie van de nanokristallen in die structuren. Ten opzichte van naburige kristallen stonden ze net even anders; van 1 tot 30 graden. Die afwijkende hoek zou voor de stevigheid van het glazuur zorgen.
Scheurtjes
Het team testte de theorie aan de hand van computermodellen waarin ze simuleerden hoe scheurtjes door druk – door verschillende oriëntaties glazuur – zouden verspreiden (zie filmpje hieronder). Als alle kristallen precies op een lijn liggen, kan een scheurtje – ontstaan door al die keren dat jij je tanden op elkaar zet – zich makkelijk verspreiden. Makkelijker dan als die oriëntatie geleidelijk verandert, zo stellen de onderzoekers.
“Het afbuigen van scheurtjes is een bekend verhardingsmechanisme”, schrijft het team. “We concluderen dan ook dat de geobserveerde mis-oriëntaties mogelijk een sleutelrol spelen; ze verhogen de kracht van glazuur op nanoschaal. Dat is van fundamenteel belang om de krachten van het kauwen te kunnen weerstaan.”
Bronnen: Nature Communications, Science Alert
Beeld: Gilbert et al., 2019/Nature Communications
Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!