Mikroskopiska växtstenar kan orsaka oåterkalleliga skador på tandemaljen

Tandemaljen, det hårdaste ämnet i människokroppen, kan riskera att gradvis och oåterkalleligt slitas på grund av att man tuggar grönsaker.

Även om växtbaserade livsmedel är en viktig del av en hälsosam kost eftersom de ger fibrer, vitaminer och mineraler, har ett internationellt forskarteam funnit att mikroskopiska växtstenar, så kallade fytoliter, kan bidra till tandslitage över tid, vilket potentiellt kan leda till tätare besök hos tandläkaren.

De utvecklade konstgjorda blad inbäddade med dessa mikroskopiska partiklar och monterade dem på en anordning som simulerar trycket och glidrörelsen vid tuggning på tandemaljprover från lokala forskare.

Enligt resultaten av experimentet, publicerade i Journal of the Royal Society Interface, orsakade även mjuka växtvävnader permanenta skador på emaljen och förlust av mineraler vid interaktion med emaljen.

Det är ganska vanligt att arkeologer hittar fossiliserade rester av tänder, eftersom de förblir mycket välbevarade på grund av sin otroliga hårdhet och styrka, som kan överträffa de bästa moderna tekniska materialen.

Tandemaljen är stark men också spröd, vilket gör den sårbar för mekanisk nedbrytning från sprickor, som uppstår plötsligt när kraften från ett bett får mikrosprickor att sprida sig och slitas, den långsamma materialförlusten under många år.

Forskare har genomfört omfattande forskning om hur mänsklig tandemalj går sönder och slits ner, vad som orsakar skadorna och hur mycket kraft som krävs för att orsaka sprickor. Ett område som dock fortfarande är dåligt förstådd är effekten av mikropartiklar från externa källor, såsom damm eller mat, på emaljen.

Fytoliter är mikroskopiska kiseldioxidpartiklar som bildas i vävnaderna hos många växter när rötter tar upp löslig kiseldioxid från jorden och kärlsystemet deponerar den i andra delar av växten.

Tidigare studier har undersökt emaljslitage orsakat av växtfytoliter, men resultaten har ofta varit inkonsekventa. Dessutom har dessa studier misslyckats med att realistiskt modellera hur de många fytoliterna som är inbäddade i mjuk växtvävnad interagerar med tandemaljen under tuggning.

I den här studien skapade forskarna konstgjorda blad från en polydimetylsiloxan (PDMS)-matris inbäddad med opalinfytoliter härledda från vetestjälkar och blad.

Det resulterande arket, som i tjocklek och styvhet liknade det riktiga arket, monterades sedan på en hållare och kontaktades upprepade gånger med prover av friska mänskliga visdomständer som samlats in från tandläkare för att simulera glidningen och trycket vid tuggning.

Fysikaliska och kemiska förändringar i blad- och tandemalj analyserades med hjälp av högupplösande mikroskopi och spektroskopiska tekniker.

Forskare har upptäckt att även om fytoliterna själva bryts ner efter upprepad exponering, förvärrar de fortfarande befintligt slitage på tandemaljen och minskar dess mineralinnehåll.

Ett oväntat resultat var att den underliggande slitagemekanismen visade sig vara kvasiplastisk eller permanent deformation till följd av svaghet i emaljens mikroskopiska struktur, snarare än klassisk sprödbrott.

Forskarna tror att de nya uppgifterna om emaljnedbrytning kan hjälpa forskare att bättre förstå djurs kost, beteende, rörelser och livsmiljöer, och fungera som en tvärvetenskaplig bro mellan fysikaliska och biologiska vetenskaper.