Il nuovo smalto artificiale è più duro e più durevole di quello reale | Scienza

Lo smalto consente ai denti di battere i piedi e continuare a masticare. Il tessuto più duro del corpo umano è abbastanza resistente da resistere alle ammaccature, ma abbastanza elastico da non rompersi durante decenni di fracassature della mascella. È così incredibile che gli scienziati non abbiano creato un sostituto che possa eguagliarlo, fino ad ora. I ricercatori affermano di aver progettato uno smalto artificiale ancora più resistente e durevole rispetto a quello reale.

“Questo è un chiaro balzo in avanti”, afferma Alvaro Mata, ingegnere biomedico dell’Università di Nottingham che non è stato coinvolto nello studio. L’anticipo, dice, avrebbe potuto andare oltre la riparazione dei denti. “Dalla creazione di giubbotti antiproiettile al rafforzamento o all’indurimento di superfici per pavimenti o automobili, potrebbero esserci molte, molte applicazioni”.

Lo smalto è difficile da imitare perché la sua struttura ha molte modalità di organizzazione annidate, come le fibre di lana filate e poi lavorate a maglia in un maglione a trecce. Gli atomi di calcio, fosforo e ossigeno devono unirsi in uno schema complesso e ripetuto per formare fili cristallini. Le cellule produttrici di smalto assemblano un rivestimento ricco di magnesio attorno a quei fili, che poi si intrecciano per formare un materiale resistente, che è ulteriormente organizzato in strutture che assomigliano a grappoli e torsioni.

In precedenza, i ricercatori che tentavano di costruire smalti artificiali hanno lottato per raggiungere quei diversi livelli di organizzazione. In passato, i ricercatori hanno provato utilizzando peptidi, brevi catene di amminoacidi come quelle che le cellule usano per costruire le proteine, per guidare la formazione dei fili cristallini. Ma non sono stati in grado di disporre i fili nelle complesse strutture richieste per l’elasticità e la durezza dello smalto.

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Nel nuovo studio, gli scienziati hanno cercato di imitare l’assemblaggio dello smalto della natura. Invece di peptidi e altri strumenti biologici, hanno usato temperature estreme per convincere i fili a formare una formazione ordinata. Come per la precedente costruzione di smalti artificiali, il team ha costruito il suo nuovo materiale da fili di idrossiapatite, lo stesso minerale che costituisce il vero smalto. Ma a differenza della maggior parte degli altri smalti sintetici, i ricercatori hanno racchiuso i fili in un rivestimento a base di metallo malleabile.

Questo rivestimento sui fili cristallini è l’ingrediente segreto che rende questo smalto artificiale così resistente, afferma il coautore dello studio Nicholas Kotov, ingegnere chimico presso l’Università del Michigan, Ann Arbor. Il rivestimento riduce la probabilità che i fili si spezzino, perché il materiale morbido che li circonda può assorbire qualsiasi forte pressione o shock. Sebbene i fili in smalto naturale siano dotati di un rivestimento ricco di magnesio, i ricercatori sono passati all’ossido di zirconio, che è estremamente forte e ancora non tossico, afferma Kotov. Il risultato è stato un pezzo di materiale simile allo smalto che poteva essere tagliato in forme con una sega a lama diamantata.

I fili del nuovo materiale non si intrecciano nella complessa architettura 3D dello smalto naturale, osserva Janet Moradian-Oldak, una chimica proteica presso la scuola di odontoiatria della University of Southern California, che non è stata coinvolta nello studio. Tuttavia, dice, la struttura dei fili paralleli è un po’ più vicina al vero smalto rispetto ai tentativi precedenti.

Per misurare la durezza e l’elasticità del nuovo smalto artificiale, i ricercatori ne hanno intaccato un pezzo e hanno applicato pressione fino a quando la tacca non si è diffusa in una frattura. La pressione di frattura e la lunghezza della fessura consentono di determinare la tenacità e la resistenza alla deformazione dello smalto. Hanno anche testato quanto fosse facile intaccare lo smalto con una punta di diamante a punta. Quando hanno confrontato lo smalto artificiale con lo smalto dei denti naturali in questi test, hanno scoperto che la versione coltivata in laboratorio ha superato la sua controparte naturale in sei diverse aree, inclusa la sua elasticità e capacità di assorbire le vibrazioni. , riporta il team oggi in Scienza.

I ricercatori sono da tempo interessati a generare smalto artificiale perché i nostri corpi non possono rigenerarlo. Le cellule che creano il nostro smalto muoiono non appena i denti escono dalle gengive. “Metà del mondo ha problemi con lo smalto e molti portano a condizioni molto gravi, fino alla perdita dei denti”, afferma Mata. “Svolge un ruolo enorme, enorme nella qualità della vita delle persone”. E le attuali tecniche di riparazione dello smalto, come le otturazioni disponibili in uno studio dentistico, non hanno quella speciale combinazione di durezza ed elasticità che consente allo smalto naturale di durare per decenni.

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Tuttavia, Mata e Moradian-Oldak notano entrambi che questo nuovo materiale ispirato allo smalto non è ancora pronto per essere masticato. I ricercatori non hanno testato quanto bene si leghi allo smalto naturale, che è fondamentale per la riparazione dei denti. E il metodo richiede che le materie prime vengano riscaldate a 300°C, congelate accuratamente e quindi tagliate in forma con una sega diamantata, cosa che può essere difficile (o impossibile) nella maggior parte degli studi dentistici.

Ma le applicazioni interessanti si trovano fuori dalla bocca. Lo smalto artificiale potrebbe aiutare a proteggere i delicati chip elettronici nei laptop da troppe spinte o addirittura da una caduta, afferma Kotov. E ricreare le proprietà dello smalto su scala più ampia potrebbe un giorno aiutare gli ingegneri a progettare materiali da costruzione in grado di resistere ai danni del terremoto. Moradian-Oldak aggiunge: “Apre opportunità per tutti i tipi di applicazioni oltre alla medicina”.

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