p A dentina é um dos materiais biológicos mais duráveis ​​do corpo humano. Pesquisadores da Charité - Universitätsmedizin Berlin puderam mostrar que a razão para isso pode ser atribuída às suas nanoestruturas e, especificamente, às interações entre os componentes orgânicos e inorgânicos. Medições realizadas em BESSYII, a fonte de radiação síncrotron do Helmholtz-Zentrum Berlin, mostraram que é o acoplamento mecânico entre as fibras de proteína de colágeno e as nanopartículas minerais que torna a dentina capaz de suportar forças extremas. Os resultados desta pesquisa foram publicados recentemente na revista. Química de Materiais . p Em humanos, dentes entram em contato quase 5, 000 vezes por dia em uso normal. Apesar disso, e embora muitas vezes usemos grandes forças durante a mastigação, é surpreendentemente raro que dentes saudáveis ​​quebrem. É amplamente aceito que o design dos dentes torna os dentes resistentes, onde um núcleo interno, conhecido como dentina, suporta a tampa externa de esmalte duro. O segredo da dureza acentuada está nos detalhes estruturais. A dentina é uma substância semelhante a um osso, que é composto de nanopartículas minerais, colágeno e água. Embora o esmalte e a dentina sejam compostos do mesmo mineral chamado hidroxiapatita carbonatada (cHAP), dentina representa um material nanocompósito complexo. Consiste em nanopartículas de cHAP inorgânicas incorporadas em uma matriz orgânica de fibras de proteína de colágeno. Um grupo de pesquisadores, liderado pelo Dr. Jean-Baptiste Forien e Dr. Paul Zaslansky do Instituto Julius Wolff da Charité, já haviam mostrado que o estresse residual na dentina contribui para a alta capacidade de carga dessa estrutura biológica.

p A tensão de compressão encontrada dentro do material pode explicar por que os danos ou rachaduras no esmalte não se estendem catastroficamente para o interior da dentina. Como parte das novas descobertas, A equipe do Dr. Zaslansky usou amostras de dentes humanos para medir como as nanopartículas e as fibras de colágeno interagem sob o estresse causado pela umidade. "Foi a primeira vez que conseguimos determinar com precisão não apenas os parâmetros de rede dos cristais cHAP contidos nas nanopartículas, mas também o tamanho espacialmente variável das próprias nanopartículas. Isso também nos permitiu estabelecer o grau de estresse que eles geralmente são capazes de suportar, "diz Zaslansky. A fim de obter insights sobre o desempenho das nanoestruturas envolvidas, os pesquisadores usaram experimentos de laboratório e medições obtidas usando a fonte de radiação síncrotron de Helmholtz-Zentrum Berlin BESSY II, um dispositivo que produz frequências de radiação que variam de terahertz a raios-X fortes.

p Como parte de seus experimentos, os pesquisadores aumentaram a tensão compressiva dentro das amostras de dentina. As amostras também foram secas por aquecimento a 125ºC. Isso resultou no encolhimento das fibras de colágeno, levando a um enorme estresse sendo exercido sobre as nanopartículas. A capacidade de suportar forças de até 300 MPa é equivalente à resistência ao escoamento do aço de grau de construção, e é comparável a 15 vezes a pressão exercida durante a mastigação de alimentos duros, que geralmente permanece bem abaixo de 20 MPa. O tratamento térmico não levou à destruição das fibras de proteína, sugerindo que as nanopartículas minerais também têm um efeito protetor sobre o colágeno.

p A análise dos dados também mostrou uma redução gradual no tamanho das estruturas cristalinas do cHAP à medida que se avança para o interior do dente. "Tecido encontrado perto da polpa dentária, que é formado durante as fases posteriores do desenvolvimento do dente, contém partículas minerais que são constituídas por unidades celulares menores, "explica Zaslansky. O comprimento das nanopartículas mostra a mesma tendência, com as plaquetas minerais situadas perto do osso nas partes externas da raiz medindo aproximadamente 36 nm de comprimento, enquanto aqueles encontrados perto da polpa são menores, apenas 25 nm de comprimento.

p Esse projeto pode ser usado como um sistema modelo para o desenvolvimento de novos materiais, por exemplo, ao projetar novos materiais de restauração dentária. "A morfologia da dentina é consideravelmente mais complexa do que esperávamos. O esmalte é muito forte, mas também frágil. Em contraste, as fibras orgânicas encontradas na dentina parecem exercer exatamente a pressão certa sobre as nanopartículas minerais que é necessária para aumentar a repetição do material, capacidade de carga cíclica, "argumentam os cientistas. Pelo menos, este é o caso, desde que o dente permaneça intacto. As bactérias que causam a cárie dentária amolecem e dissolvem o mineral, e produzem enzimas que destroem as fibras de colágeno. Como resultado, os dentes se tornam mais frágeis e podem quebrar mais facilmente. Os resultados deste estudo também são de interesse para os dentistas praticantes. Dr. Zaslansky explica:"Nossas descobertas destacam uma razão importante para os médicos manterem os dentes úmidos durante procedimentos odontológicos, como ao inserir obturações dentárias ou instalar coroas. Evitar a desidratação pode muito bem prevenir o acúmulo de tensões internas, cujos efeitos a longo prazo ainda precisam ser estudados. "