Bagaimana email gigi bertahan seumur hidup?
Enamel gigi adalah zat terkeras di tubuh manusia, tetapi, sampai sekarang, tidak ada yang tahu bagaimana itu bisa bertahan seumur hidup. Penulis studi terbaru menyimpulkan bahwa rahasia email terletak pada susunan kristal yang tidak sempurna.
Jika kita memotong kulit kita atau mematahkan tulang, jaringan ini akan memperbaiki dirinya sendiri; tubuh kita sangat baik dalam memulihkan diri dari cedera.
Enamel gigi, bagaimanapun, tidak dapat beregenerasi, dan rongga mulut adalah lingkungan yang tidak bersahabat.
Setiap waktu makan, email mengalami stres yang luar biasa; itu juga mengatasi perubahan ekstrim pada pH dan suhu.
Terlepas dari kesulitan ini, enamel gigi yang kita kembangkan saat kecil tetap bersama kita sepanjang hari-hari kita.
Para peneliti telah lama tertarik pada bagaimana email berhasil tetap berfungsi dan utuh seumur hidup.
Seperti yang dikatakan salah satu penulis studi terbaru, Prof. Pupa Gilbert dari University of Wisconsin – Madison, "Bagaimana cara mencegah kegagalan katastropik?"
Rahasia email
Dengan bantuan dari para peneliti di Massachusetts Institute of Technology (MIT) di Cambridge dan University of Pittsburgh, PA, Prof. Gilbert mengamati secara mendetail struktur email.
Tim ilmuwan kini telah mempublikasikan hasil studinya di jurnal Nature Communications.
Enamel terdiri dari apa yang disebut batang enamel, yang terdiri dari kristal hidroksiapatit. Batang enamel yang panjang dan tipis ini memiliki lebar sekitar 50 nanometer dan panjang 10 mikrometer.
Dengan menggunakan teknologi pencitraan mutakhir, para ilmuwan dapat memvisualisasikan bagaimana kristal individu di enamel gigi sejajar. Teknik yang dirancang Prof. Gilbert disebut pemetaan kontras pencitraan yang bergantung pada polarisasi (PIC).
Sebelum adanya pemetaan PIC, tidak mungkin untuk mempelajari email dengan tingkat detail seperti ini. “[Y] Anda dapat mengukur dan memvisualisasikan, dalam warna, orientasi nanocrystals individual dan melihat jutaan dari mereka sekaligus,” jelas Prof. Gilbert.
"Arsitektur biominerals kompleks, seperti enamel, segera terlihat dengan mata telanjang di peta PIC."
Ketika mereka melihat struktur email, para peneliti menemukan pola. “Pada umumnya, kami melihat bahwa tidak ada satu pun orientasi di setiap batang, tetapi perubahan bertahap dalam orientasi kristal antara kristal nano yang berdekatan,” jelas Gilbert. “Lalu pertanyaannya adalah, 'Apakah ini pengamatan yang berguna?'”
Pentingnya orientasi kristal
Untuk menguji apakah perubahan kesejajaran kristal memengaruhi cara email merespons stres, tim merekrut bantuan dari Prof. Markus Buehler dari MIT. Dengan menggunakan model komputer, mereka mensimulasikan gaya yang akan dialami kristal hidroksiapatit saat seseorang mengunyah.
Di dalam model, mereka menempatkan dua balok kristal di samping satu sama lain sehingga balok-balok itu bersentuhan di sepanjang satu sisi. Kristal di dalam masing-masing dua blok sejajar, tetapi ketika mereka bersentuhan dengan blok lainnya, kristal bertemu pada suatu sudut.
Selama beberapa percobaan, para ilmuwan mengubah sudut pertemuan dua balok kristal. Jika para peneliti menyelaraskan dua blok dengan sempurna di antarmuka tempat mereka bertemu, retakan akan muncul saat mereka memberikan tekanan.
Ketika balok bertemu pada 45 derajat, itu adalah cerita yang serupa; celah muncul di antarmuka. Namun, ketika kristal hanya sedikit tidak sejajar, antarmuka menangkis retakan dan mencegahnya menyebar.
Penemuan ini mendorong penyelidikan lebih lanjut. Selanjutnya, Prof. Gilbert ingin mengidentifikasi sudut antarmuka yang sempurna untuk ketahanan maksimum. Tim tidak dapat menggunakan model komputer untuk menyelidiki pertanyaan ini, jadi Prof. Gilbert menaruh kepercayaannya pada evolusi. “Jika ada sudut pandang misorientasi yang ideal, saya yakin itu yang ada di mulut kita,” dia memutuskan.
Untuk menyelidiki, rekan penulis Cayla Stifler kembali ke informasi pemetaan PIC asli dan mengukur sudut antara kristal yang berdekatan. Setelah menghasilkan jutaan titik data, Stifler menemukan bahwa 1 derajat adalah ukuran misorientasi yang paling umum, dan maksimum 30 derajat.
Pengamatan ini sesuai dengan simulasi - sudut yang lebih kecil tampaknya lebih mampu untuk membelokkan retakan.
“Sekarang kita tahu bahwa retakan dibelokkan pada skala nano dan, karenanya, tidak dapat menyebar terlalu jauh. Itulah alasan gigi kami bisa bertahan seumur hidup tanpa diganti. "
Prof. Pupa Gilbert
