人牙釉质的复杂性在原子水平揭示

科学家使用先进的显微镜和化学检测技术的组合，以前所未有的原子分辨率揭示人牙釉质的结构化妆，揭示格子图案和意外的违规行为。调查结果可能导致更好地了解牙齿衰变如何发展和可能被阻止。该研究部分由国家卫生研究院国家牙科和颅面研究所（NIDCR）部分得到支持。调查结果出现在自然2020年7月1日。

“这项工作提供了关于原子组成的更详细的信息搪瓷比我们此前知道，“Nidcr的计划官Jason Wan说。”这些发现可以扩大我们的思想和方法，以加强牙齿对机械力量，以及由于侵蚀和腐烂而修复损坏。“

尽管持久，咀嚼和吃过一生，但你的牙齿非常有弹性。搪瓷 - 人体中最难的物质 - 在很大程度上对这种耐力负责。它的高矿物质含量使其强度。珐琅形成牙齿的外覆盖，有助于预防蛀牙或龋齿。

据世界卫生组织(World Health Organization)的数据，蛀牙是最常见的慢性疾病之一，影响着全球高达90%的儿童和绝大多数成年人。如果不及时治疗，蛀牙会导致疼痛的脓肿、骨感染和骨质流失。

当口腔中过量的酸腐蚀覆盖的牙釉质时，蛀牙就开始了。长期以来，科学家一直在寻找更完整的珐琅质的化学和机械性能的图片原子水平为了更好地理解-潜在地防止或逆转牙釉质的流失。

研究人员使用扫描等显微镜方法来调查珐琅透射电子显微镜法（茎），通过材料引导电子束以映射其原子化妆。

干性研究表明，在纳米级，牙釉质包括紧密束缚的长晶体，其宽度小于人的毛发。这些微晶主要是钙和磷酸盐的矿物质，称为羟基磷灰石。与化学检测技术相结合的干性研究在存在较少量的其他化学元素的情况下暗示，但牙釉质对高能电子束的损坏的脆弱性阻止了在必要的分辨率水平上进行更彻底的分析。

要定义这些未成年元素，西北大学的科学家团队，伊利诺伊州埃文斯顿埃文斯顿，使用了一个名为的成像工具原子探测断层扫描。通过连续地从样品中去除原子层，该技术提供了一种更精确的、原子对原子的物质视图。西北大学的研究小组是首批使用原子探针断层扫描技术探测生物材料的研究人员之一，其中包括牙齿的成分。

“早期的研究揭示了珐琅质的散装构成，这就像了解在其人口方面的整体构成，”西北部材料科学与工程教授博士说。“但它并没有告诉你如何在城市块或单个房子中以当地规模运作的事情。原子探测断层扫描让我们更详细的观点。”

科学家们使用原子探测断层扫描和先进的干技术以互补的方式来克服先前的技术限制。西北研究人员与Lena Kourkoutis，Ph.D.，Ph.D.的成像专家合作，是康奈尔大学国家材料科学用户设施，Paradim，纽约伊特卡岛的应用和工程物理学和电子显微镜主任。在康奈尔，科学家们耦合超快速的化学检测器，在极低的温度下，茎源，以最大限度地减少牙釉质损坏并收集更详细的化学数据。互补方法使团队能够在多个分辨率下将信息作品，以更完整地了解搪瓷微晶的化学和结构特征。

结果表明，微晶由连续均匀的羟基磷灰石原子制成。然而，晶格结构似乎被撒在黑暗的扭曲，尤其是在微晶的最内核。

仔细看看核心透露，这些缺陷是由于先前研究暗示的次要元素的存在引起的。一种这样的元素是镁，其在芯中的两个不同层中高度浓缩。中部地区也富含钠，氟和碳酸盐。侧翼芯是“壳”，这些元素的浓度大得多。

“我们假设人类的晶体在组成上与啮齿类动物的牙釉质相似，而研究人员广泛使用牙釉质来了解人类的牙釉质，”共同第一作者Paul Smeets博士说，他是西北原子和纳米尺度表征实验中心的研究助理。“但事实并非如此——人类珐琅质的化学成分比我们想象的要复杂得多。”

科学家们怀疑镁层引入的不规则性引起了微晶中的应变区域。计算机建模支持其亨希，预测核心的高应力而不是壳体。

“压力可能听起来很糟糕，但在材料科学中它可能有用，我们认为它可能使珐琅更加强大，”乔塞斯特的实验室的研究生Co-First作者Karen Drocher说。“另一方面，预计这些应力使核心更加可溶，”这可能导致搪瓷的腐蚀。

事实上，当研究人员将晶体暴露在酸中——类似于在口腔中发生的情况——内核比外壳受到的侵蚀更严重。进一步的建模和实验将需要证实这些结果，以及探索由化学杂质引入的应力可能会强化牙釉质，使其更抗断裂的想法。该小组还计划继续使用这些方法来了解更多关于酸是如何影响牙釉质的。

“这一新信息将使基于模型的搪瓷劣化模拟，这是不可能的，帮助我们更好地了解龋齿发展，”Droocher说。

调查结果可能导致强化珐琅和预防或反向腔形成的新方法。

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