هر روز دندان قروچه می‌کنید، غذا‌های سفت را پودر می‌کنید یا وقتی که استرس دارید، دندان‌های آسیاب خود را فشار می‌دهید، اما خبر خوب این است که می‌توانید از یک سپر نانوسکوپی برای محافظت از این مروارید‌های ارزشمند خود بهره ببرید؛ مینای دندان. این لایه بیرونی پیچیده روی سطح دندان تنها چند میلی متر ضخامت دارد و به شما این امکان را می‌دهد که بافت‌های حساس زیر آن را بدون درد مداوم له کنید، خرد کنید و بجوید.
مینای دندان سخت‌ترین بافت بیولوژیکی شناخته شده در بدن انسان است. دانشمندان دندانپزشکی مدت‌هاست راه‌هایی را برای تکرار این ساختار فوق‌العاده نازک، اما قوی برای محافظت طولانی‌تر برای حفظ سلامت دندان‌ها بررسی کرده‌اند. اکنون تیمی از مهندسان گامی رو به جلو برداشته‌اند.
دانشمندان مواد و مهندسان شیمی از دانشگاه بیهانگ، دانشگاه پکن و دانشگاه میشیگان مینای دندان مصنوعی ساخته‌اند که حتی قوی‌تر از آنچه در دندان‌های ما یافت می‌شود، است. آن‌ها موفقیت خود را در مطالعه‌ای که در مجله Science منتشرشد، توصیف کردند. مینای دندان بیومیمتیک بر اساس طرح اصلی طبیعت طراحی شده است، اما در آزمایشگاه بهینه سازی شد تا در برابر سایش و پارگی بیشتر مقاومت کند. در حالی که مهندسان دیگر توانسته‌اند قسمت‌های خاصی از این لایه بیرونی سخت را بازسازی کنند، این رویکرد جدید هر دو مولفه سفت و الاستیک را در نظر گرفت تا بیشتر به ترکیب و ساختار ماده واقعی شباهت داشته باشد.
هیوی ژائو، نویسنده اصلی مقاله و مهندس شیمی در دانشگاه بی هانگ در پکن، در این باره گفت: مینای دندان دارای ویسکوالاستیسیته فوق العاده‌ای برای تحمل ارتعاش و آسیب‌های تغییر شکل برای خدمات طولانی مدت است.
مینای دندان از بسیاری از جرائم دهانی محافظت می‌کند. دائما توسط هجوم اسید‌ها و باز‌های غذا و نوشیدنی بمباران شده و با باکتری‌های جدید و تغییرات در میکروبیوم دهان مبارزه می‌کند. ناگفته نماند که مینای دندان می‌تواند در پی مسواک زدن بیش از حد و دندان قروچه معمولی خراشیده شود.
زمان، سایش و پوسیدگی سوراخ‌هایی را از طریق لایه‌های بیرونی دندان ایجاد می‌کند که منجر به حفره‌ها و سایر مشکلات دندانی می‌شود. جانت مرادیان اولداک، بیوشیمیدان و استاد دانشکده دندانپزشکی در دانشگاه کالیفرنیای جنوبی که در این تحقیق شرکت نداشت، توضیح می‌دهد که برخلاف استخوان شکسته، پوشش دفاعی مینا خود را ترمیم نمی‌کند.
به گفته مرادیان اولداک در واقع مینای دندان فاقد سلول‌های زنده است. در زمان بیرون آمدن دندان‌ها از لثه، سلول‌هایی که مینای دندان را می‌سازند، به نام آملوبلاست‌ها، مرده‌اند. او در حال حاضر در حال آزمایش راه‌هایی برای رشد مجدد مینای دندان با هیدروژل‌های پپتیدی است، اما اذعان دارد که این یک چالش بزرگ در سراسر تحقیقات دندانپزشکی است.
بخشی از قدرت مینا ناشی از ساختار پیچیده آن است. این قلعه معدنی از لوله‌های به هم پیوسته کوچکی به نام نانومیله‌ها ساخته شده است که با شبکه‌ای از هیدروکسی آپاتیت کلسیم، نوعی ماده معدنی فسفات کلسیم، پر شده‌اند.
مرادیان اولداک می‌گوید: «کریستال‌ها آن را بسیار منحصر به فرد می‌کنند؛ این کریستال‌های اندازه نانو در یک منشور به هم متصل و هر کدام در هم تنیده و به هم متصل شده‌اند. قبل از اینکه آن را در قابلمه بیندازید، مانند یک مشت اسپاگتی خشک است. اما ساختار‌های سخت کریستالی نانومیله می‌توانند بدون هیچ گونه لایه محافظ بشکنند. همانطور که نیرو‌های جویدن به نانومیله‌ها می‌کوبند، یک لایه آمورف ساخته شده از منیزیم، پروتئین و سایر ترکیبات، ضربه و فشار را جذب می‌کند تا میله‌ها شکسته نشوند.
برای مونتاژ مینای دندان مصنوعی، مهندسان نانوسیم‌های هیدروکسی آپاتیت کریستالی محکم تراز شده خود را ساخته و آن‌ها را با دی اکسید زیرکونیوم که نسخه‌ای حتی قوی‌تر از ماده بی‌شکل منیزیم است، پوشاندند. این تنظیم محتوای پرکننده، مینای مصنوعی را «برابر یا بهتر» از مینای انسان می‌سازد.
مینای دندان مصنوعی می‌تواند به افراد کمک کند تا سیستم دفاعی فرسوده خود را تازه کنند، اما رویکرد جدید فراتر از تکه‌ها و اصلاح‌های ساده است و منجر به دندان‌های «هوشمند» واقعی می‌شود که خود ترمیم می‌شوند یا التهاب را حس می‌کنند، میکروبیوم دهان را تغییر می‌دهند.
با این حال، مرادیان اولدک در مورد کاربرد عملی آن در دندانپزشکی در مدت زمان کوتاه ابراز نگرانی می‌کند. مهندسان مینای دندان خود را با حرارت دادن مواد تا ۳۰۰ درجه سانتیگراد، قرار دادن آن‌ها در دمای انجماد و استفاده از پلی وینیل الکل برای کنترل برخی از مسیر‌های تبلور ایجاد کردند و در حالی که مینای مصنوعی دارای جنبه‌های مهمی است که قبلا سنتز نشده‌اند، کاملا با ساختار سه‌بعدی مینای واقعی انسان مطابقت ندارد، این امر برای دندانپزشکان در هنگام چسباندن مواد به دندان یا استخوان‌های فک مورد توجه است.
به گفته مهندسان درک و مهندسی ساختار مینای دندان در مقیاس نانو می‌تواند منجر به ساخت مصالح ساختمانی برای رشته‌هایی فراتر از دندانپزشکی شود. سختی و تحمل بالای آن در برابر ارتعاشات می‌تواند در ساخت ساختمان‌های آماده زلزله بسیار مهم باشد، می‌توان از آن برای ساخت کلاه ایمنی برای سربازان نیز استفاده کرد.
منبع: popsci