Bagaimana enamel gigi kekal seumur hidup?
Enamel gigi adalah bahan paling sukar di dalam tubuh manusia, tetapi, hingga kini, tidak ada yang tahu bagaimana ia berjaya bertahan seumur hidup. Penulis kajian baru-baru ini menyimpulkan bahawa rahsia enamel terletak pada penjajaran kristal yang tidak sempurna.
Sekiranya kita memotong kulit kita atau patah tulang, tisu-tisu ini akan diperbaiki sendiri; badan kita sangat baik untuk pulih dari kecederaan.
Enamel gigi, bagaimanapun, tidak dapat tumbuh semula, dan rongga mulut adalah persekitaran yang bermusuhan.
Setiap waktu makan, enamel mengalami tekanan yang luar biasa; ia juga mengalami perubahan yang melampau dalam pH dan suhu.
Di sebalik kesukaran ini, enamel gigi yang kita kembangkan semasa kecil tetap bersama kita sepanjang hari.
Para penyelidik telah lama tertarik dengan bagaimana enamel dapat kekal berfungsi dan utuh sepanjang hayat.
Sebagai salah seorang penulis kajian terbaru, Prof Pupa Gilbert dari University of Wisconsin – Madison menyatakan, "Bagaimana cara mencegah kegagalan bencana?"
Rahsia enamel
Dengan bantuan penyelidik di Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge dan University of Pittsburgh, PA, Prof Gilbert melihat struktur enamel secara terperinci.
Pasukan saintis kini telah menerbitkan hasil kajiannya dalam jurnal Nature Communications.
Enamel terdiri daripada batang enamel yang disebut, yang terdiri daripada kristal hidroksiapatit. Batang enamel panjang dan nipis ini mempunyai lebar sekitar 50 nanometer dan panjang 10 mikrometer.
Dengan menggunakan teknologi pencitraan canggih, para saintis dapat membayangkan bagaimana kristal individu dalam enamel gigi diselaraskan. Teknik ini, yang dirancang oleh Prof Gilbert, disebut pemetaan pencitraan yang bergantung pada polarisasi (PIC).
Sebelum munculnya pemetaan PIC, mustahil untuk mempelajari enamel dengan tahap terperinci ini. "[Anda] dapat mengukur dan memvisualisasikan, warna, orientasi nanokristal individu dan melihat berjuta-juta daripadanya sekaligus," jelas Prof Gilbert.
"Senibina biomineral yang kompleks, seperti enamel, dapat dilihat dengan segera oleh mata kasar dalam peta PIC."
Ketika mereka melihat struktur enamel, para penyelidik menemui corak. "Pada umumnya, kami melihat bahawa tidak ada satu orientasi di setiap batang, tetapi perubahan secara beransur-ansur dalam orientasi kristal antara nanokristal bersebelahan," jelas Gilbert. "Dan kemudian pertanyaannya adalah, 'Apakah ini pemerhatian yang berguna?'"
Kepentingan orientasi kristal
Untuk menguji sama ada perubahan penjajaran kristal mempengaruhi cara enamel bertindak balas terhadap tekanan, pasukan itu mendapatkan bantuan daripada Prof Markus Buehler dari MIT. Dengan menggunakan model komputer, mereka mensimulasikan daya yang akan dialami kristal hidroksiapatit ketika seseorang mengunyah.
Di dalam model itu, mereka meletakkan dua blok kristal di sebelah satu sama lain sehingga blok-blok itu menyentuh sepanjang satu tepi. Kristal dalam setiap dua blok itu sejajar, tetapi di mana mereka bersentuhan dengan blok yang lain, kristal bertemu pada sudut.
Sepanjang beberapa percubaan, para saintis mengubah sudut di mana kedua blok kristal bertemu. Sekiranya para penyelidik menyelaraskan dua blok dengan sempurna di antara muka tempat mereka bertemu, keretakan akan muncul ketika mereka memberi tekanan.
Ketika blok bertemu pada 45 darjah, itu adalah kisah yang serupa; retakan muncul di antara muka. Namun, ketika kristal hanya sedikit tidak sejajar, antara muka membelokkan retakan dan menghalangnya merebak.
Penemuan ini mendorong penyelidikan lebih lanjut. Seterusnya, Prof Gilbert ingin mengenal pasti sudut antara muka yang sempurna untuk ketahanan maksimum. Pasukan ini tidak dapat menggunakan model komputer untuk menyelidiki persoalan ini, oleh itu Prof Gilbert mempercayai evolusi. "Sekiranya ada sudut misorientasi yang ideal, saya yakin itu adalah sudut yang salah di mulut kita," dia memutuskan.
Untuk menyiasat, pengarang bersama Cayla Stifler kembali ke maklumat pemetaan PIC yang asal dan mengukur sudut antara kristal yang berdekatan. Setelah menghasilkan berjuta-juta titik data, Stifler mendapati bahawa 1 darjah adalah ukuran misorientasi yang paling biasa, dan maksimum adalah 30 darjah.
Pemerhatian ini disetujui dengan simulasi - sudut yang lebih kecil nampaknya lebih baik untuk menangkis retakan.
"Sekarang kita tahu bahawa retakan dibelokkan pada skala nano dan, dengan itu, tidak dapat menyebar jauh. Itulah sebabnya gigi kita dapat bertahan seumur hidup tanpa diganti. "
Prof Pupa Gilbert
