يُمكّن المينا الأسنان من القيام بالدوس والاستمرار في قضم بصوت عالي. أقوى أنسجة في جسم الإنسان تكون قوية بما يكفي لمقاومة الخدوش ، ومع ذلك فهي مرنة بدرجة كافية حتى لا تتشقق خلال عقود من تحطيم الفك. إنه لأمر لا يصدق أن العلماء لم يخلقوا بديلاً يمكن أن يضاهيها – حتى الآن. يقول الباحثون إنهم صمموا مينا اصطناعية أقوى وأكثر متانة من المينا الحقيقي.
يقول ألفارو ماتا ، مهندس الطب الحيوي بجامعة نوتنغهام ، والذي لم يشارك في الدراسة: “هذه قفزة واضحة إلى الأمام”. ويقول إن التقدم يمكن أن يكون له استخدامات تتجاوز إصلاح الأسنان. “من صناعة الدروع الواقية للبدن إلى تقوية أو تصلب الأسطح للأرضيات أو السيارات ، يمكن أن يكون هناك العديد والعديد من التطبيقات.”
من الصعب تقليد المينا لأن هيكله يحتوي على العديد من أنماط التنظيم المتداخلة ، مثل ألياف الصوف المغزولة في خيوط ثم محبوكة في سترة محبوكة بالكابل. يجب أن تتجمع ذرات الكالسيوم والفوسفور والأكسجين معًا في نمط معقد ومتكرر لتشكيل أسلاك بلورية. تجمع الخلايا المنتجة للمينا طلاءًا غنيًا بالمغنيسيوم حول تلك الأسلاك ، ثم تنسج معًا لتشكيل مادة قوية ، والتي يتم تنظيمها بشكل أكبر في هياكل تشبه العناقيد والالتواءات.
في السابق ، كان الباحثون الذين يحاولون صنع مينا اصطناعية يجاهدون لتحقيق تلك المستويات المختلفة من التنظيم. حاول الباحثون في الماضي استخدام الببتيدات – سلاسل قصيرة من الأحماض الأمينية مثل تلك التي تستخدمها الخلايا لبناء البروتينات – لتوجيه تكوين الأسلاك البلورية. لكنهم لم يتمكنوا من ترتيب الأسلاك في الهياكل المعقدة المطلوبة لمرونة وصلابة المينا.
في الدراسة الجديدة ، حاول العلماء تقليد تجميع مينا الطبيعة. بدلاً من الببتيدات والأدوات البيولوجية الأخرى ، استخدموا درجات حرارة قصوى لإقناع الأسلاك في تشكيل منظم. كما هو الحال مع البناء السابق للمينا الاصطناعية ، بنى الفريق مادته الجديدة من أسلاك هيدروكسيباتيت – نفس المعدن الذي يشكل المينا الحقيقية. ولكن على عكس معظم المينا الاصطناعية الأخرى ، غلف الباحثون الأسلاك بطبقة معدنية قابلة للطرق.
هذا الطلاء على الأسلاك البلورية هو المكون السري الذي يجعل هذا المينا الاصطناعي مرنًا للغاية ، كما يقول المؤلف المشارك في الدراسة نيكولاس كوتوف ، وهو مهندس كيميائي في جامعة ميشيغان ، آن أربور. يقلل الطلاء من احتمال انكسار الأسلاك ، لأن المادة الناعمة المحيطة بها يمكن أن تمتص أي ضغط أو صدمة قوية. على الرغم من أن الأسلاك الموجودة في المينا الطبيعي تتميز بطبقة غنية بالمغنيسيوم ، فقد طور الباحثون أكسيد الزركونيوم ، وهو قوي للغاية ولا يزال غير سام ، كما يقول كوتوف. وكانت النتيجة قطعة من مادة شبيهة بالمينا يمكن تقطيعها إلى أشكال باستخدام منشار ذي نصل ماسي.
لا تنسج أسلاك المواد الجديدة في الهندسة المعمارية ثلاثية الأبعاد المعقدة للمينا الطبيعية ، كما تلاحظ جانيت موراديان-أولداك ، عالمة الكيمياء البروتينية في كلية طب الأسنان بجامعة جنوب كاليفورنيا والتي لم تشارك في الدراسة. ومع ذلك ، فهي تقول إن بنية الأسلاك المتوازية أقرب قليلاً إلى المينا الحقيقية من المحاولات السابقة.
لقياس صلابة ومرونة المينا الاصطناعية الجديدة ، قام الباحثون بتقطيع قطعة منها وضغطوا عليها حتى تنتشر الشق إلى كسر. يسمح ضغط التكسير وطول الشق بتحديد متانة المينا ومقاومة إجهادها. لقد اختبروا أيضًا مدى سهولة وضع مسافة بادئة للمينا برأس ماسي مدبب. عندما وضعوا المينا الاصطناعية في مقابل مينا الأسنان الطبيعية في هذه الاختبارات ، وجدوا أن النسخة المطورة في المختبر تفوقت على نظيرتها الطبيعية في ستة مجالات مختلفة ، بما في ذلك مرونتها وقدرتها على امتصاص الاهتزازات. ، تقارير الفريق اليوم علم.
لطالما اهتم الباحثون بتوليد مينا اصطناعية لأن أجسامنا لا تستطيع تجديدها. تموت الخلايا التي تكوّن المينا بمجرد خروج الأسنان من اللثة. يقول ماتا: “يعاني نصف العالم من مشاكل المينا ، ويؤدي الكثير منها إلى حالات خطيرة للغاية ، تصل إلى فقدان الأسنان”. “إنها تلعب دورًا كبيرًا وهائلًا في نوعية حياة الناس”. والتقنيات الحالية لإصلاح المينا ، مثل الحشوات المتوفرة في عيادة طبيب الأسنان ، لا تحتوي على هذا المزيج الخاص من الصلابة والمرونة التي تسمح للمينا الطبيعية بأن تدوم لعقود.
ومع ذلك ، لاحظ كل من ماتا وموراديان أولداك أن هذه المادة الجديدة المستوحاة من المينا ليست جاهزة تمامًا لقضم بصوت عالي. لم يختبر الباحثون مدى ارتباطه بالمينا الطبيعية ، وهو أمر بالغ الأهمية لإصلاح الأسنان. وتتطلب الطريقة تسخين المواد الخام إلى 300 درجة مئوية ، وتجميدها بعناية ، ثم تقطيعها إلى شكل بمنشار ماسي ، وهو ما قد يكون صعبًا (أو مستحيلًا) في معظم مكاتب أطباء الأسنان.
لكن التطبيقات المثيرة تكمن خارج الفم. يقول كوتوف إن المينا الاصطناعية يمكن أن تساعد في حماية الرقائق الإلكترونية الدقيقة في أجهزة الكمبيوتر المحمولة من التصادم المفرط أو حتى السقوط. وإعادة تكوين خصائص المينا على نطاق أوسع يمكن أن تساعد المهندسين في يوم من الأيام على تصميم مواد البناء التي يمكن أن تقاوم أضرار الزلزال. ويضيف موراديان أولداك: “إنه يفتح الفرص لجميع أنواع التطبيقات بخلاف الطب”.
“متعصب للموسيقى. مستكشف متواضع جدا. محلل. متعصب للسفر. مدرس تلفزيوني متطرف. لاعب.”