A fogzománc teszi lehetővé, hogy a fogak elviseljék a terhelést és tovább maradjanak épek. Az emberi test legkeményebb szövete elég kemény ahhoz, hogy ellenálljon a behatásoknak, ugyanakkor elég rugalmas ahhoz, hogy ne repedjen meg az évtizedekig tartó állkapocscsapkodás során. Ez annyira hihetetlen, hogy a tudósok sokáig nem alkottak olyan helyettesítő anyagot, amely felvehetné vele a versenyt - egészen mostanáig. A kutatók szerint olyan mesterséges zománcot terveztek, amely még az igazinál is keményebb és tartósabb.
"Ez egyértelmű előrelépés" - mondja Alvaro Mata, a Nottinghami Egyetem orvosbiológiai mérnöke, aki bár nem vett részt a tanulmányban, hiánypótlónak találta az innovációt. Szerinte az előrelépés a fogak javításán túl is felhasználható. "A testpáncélok létrehozásától kezdve a padló vagy az autók felületének megerősítéséig vagy keményítéséig sok-sok alkalmazási lehetőség kínálkozhat."
A zománcot trükkös utánozni, mert szerkezete sok egymásba ágyazott szerveződési móddal rendelkezik, mint a fonallá fonott, majd kábelkötésű pulóverré kötött gyapjúszálak. A kalcium-, foszfor- és oxigénatomoknak összetett, ismétlődő mintázatban kell összeállniuk, hogy kristályos huzalokat alkossanak. A zománcot termelő sejtek magnéziumban gazdag bevonatot raknak össze e drótok köré, amelyek aztán egy erős anyaggá fonódnak össze, amely tovább szerveződik fürtökre és csavarokra emlékeztető struktúrákba.
Korábban a mesterséges zománcok előállításával próbálkozó kutatóknak nehézséget okozott a szerveződés ezen különböző szintjeinek elérése. A múltban a kutatók peptidek - aminosavak rövid láncai, mint amilyeneket a sejtek a fehérjék felépítéséhez használnak - segítségével próbálták irányítani a kristályos huzalok kialakulását. De nem tudták a drótokat a zománc rugalmasságához és keménységéhez szükséges összetett struktúrákba rendezni.
Az új tanulmányban a tudósok megpróbálták utánozni a természet zománc-összeszerelését. Peptidek és más biológiai eszközök helyett extrém hőmérsékletet használtak, hogy a drótokat rendezett formációba hozzák. A mesterséges zománcok korábbi építéséhez hasonlóan a kutatócsoport új anyagát is hidroxiapatitból - ugyanabból az ásványból, amely a valódi zománcot alkotja - készült drótokból építette fel. A legtöbb más szintetikus zománctól eltérően azonban a kutatók a drótokat képlékeny fémalapú bevonattal vonták körül.
Ez a kristályos drótokon lévő bevonat a titkos összetevő, amely ezt a mesterséges zománcot olyan ellenállóvá teszi, mondta Nicholas Kotov, a tanulmány társszerzője, az Ann Arbor-i Michigani Egyetem vegyészmérnöke. A bevonat miatt a drótok kevésbé törnek el, mert a körülöttük lévő puha anyag képes elnyelni bármilyen erős nyomást vagy ütést. Bár a természetes zománcban lévő huzalok magnéziumban gazdag bevonattal rendelkeznek, a kutatók a cirkónium-oxidra fejlesztették, amely rendkívül erős és mégsem mérgező, mondja Kotov. Az eredmény egy olyan zománcszerű anyagdarab lett, amelyet gyémántpengés fűrésszel formára lehet vágni.
Az új anyag drótjai nem szövődnek bele a természetes zománc összetett 3D-s felépítésébe - jegyzi meg Janet Moradian-Oldak, a Dél-kaliforniai Egyetem fogorvosi karának fehérjekémikusa, aki szintén nem vett részt a tanulmányban. Mégis, mondja, a párhuzamos huzalok szerkezete valamivel közelebb áll a valódi zománchoz, mint a korábbi kísérletek.
Az új mesterséges zománc keménységének és rugalmasságának méréséhez a kutatók bevágtak egy darabot, és addig gyakoroltak rá nyomást, amíg a bevágás töréssé nem terjedt. A törési nyomás és a repedés hossza alapján meg tudták határozni a zománc szívósságát és nyúlásállóságát. Azt is tesztelték, hogy mennyire könnyű a zománcot egy hegyes gyémántheggyel bevágni. Amikor a mesterséges zománcot a természetes fogzománccal vetették össze ezeken a teszteken, azt találták, hogy a laboratóriumban növesztett változat hat különböző területen felülmúlta természetes társát, beleértve a rugalmasságát és a rezgéselnyelő képességét.
A kutatók már régóta érdeklődnek a mesterséges zománc előállítása iránt, mivel a szervezetünk nem képes regenerálni azt. A fogzománcot létrehozó sejtek elpusztulnak, amint a fogak kibújnak az ínyből. "A világ felének problémái vannak a zománccal, és ez sok esetben súlyos állapotokhoz, akár a fogak elvesztéséhez vezetnek" - mondja Mata. "A felfedezés hatalmas szerepet játszik az emberek életminőségében". A jelenlegi zománcjavítási technikák, például a fogorvosi rendelőkben kapható tömések nem rendelkeznek a keménység és a rugalmasság azon különleges kombinációjával, amely lehetővé teszi, hogy mint a természetes zománc, évtizedekig kitartson.
Azonban Mata és Moradian-Oldak egyaránt megjegyezte, hogy ez az új, zománc ihlette anyag még nem áll készen arra, hogy rágófelületeken alkalmazzák. A kutatók nem tesztelték, hogy mennyire jól kötődik a természetes zománchoz, ami a fogak javításához elengedhetetlen. A módszerhez pedig az alapanyagokat 300˚C-ra kell hevíteni, óvatosan megfagyasztani, majd gyémántfűrésszel formára vágni, ami a legtöbb fogorvosi rendelőben nehéz (vagy lehetetlen) lehet.
Mindazonáltal, jóval izgalmasabb alkalmazások rejlenek a szájon kívül. Kotov szerint a mesterséges zománc segíthet megvédeni a laptopok érzékeny elektronikus chipjeit a túl sok rázkódástól vagy akár cseppállóvá is teheti a készülékeket. A zománc nagyobb léptékű alkalmazása pedig egy napon segíthet a mérnököknek olyan építőanyagok tervezésében, amelyek ellenállnak a földrengés okozta károknak. Moradian-Oldak hozzáteszi: "Ez az orvostudományon túl mindenféle alkalmazásra lehetőséget nyit".
