El nuevo esmalte sintético es más duro y duradero que el esmalte real | Ciencias

El esmalte permite que los dientes pisoteen y sigan masticando. Los tejidos más duros del cuerpo humano son lo suficientemente fuertes para resistir los arañazos, pero lo suficientemente flexibles para no agrietarse durante décadas de aplastamiento de la mandíbula. Es increíble que los científicos no hayan creado una alternativa que pueda igualarlo, hasta ahora. Los investigadores dicen que han creado un esmalte sintético que es más fuerte y duradero que el esmalte real.

“Este es un claro paso adelante”, dice Álvaro Mata, ingeniero biomédico de la Universidad de Nottingham, que no participó en el estudio. Él dice que el avance podría tener usos más allá de la reparación dental. “Desde hacer chalecos antibalas hasta fortalecer o endurecer superficies para pisos o automóviles, puede haber muchas, muchas aplicaciones”.

Es difícil imitar el esmalte porque su estructura tiene muchos patrones de organización entrelazados, como fibras de lana hiladas en hilos y luego tejidas en un suéter de punto de cable. Los átomos de calcio, fósforo y oxígeno deben agruparse en un patrón complejo y repetitivo para formar cables cristalinos. Las células productoras de esmalte recolectan una capa rica en magnesio alrededor de esos cables, luego se entretejen para formar una sustancia fuerte, que se organiza en estructuras que se asemejan a grupos y circunvoluciones.

Anteriormente, los investigadores que intentaban hacer esmaltes sintéticos luchaban por lograr esos diferentes niveles de regulación. Los investigadores han intentado en el pasado Usar péptidos, cadenas cortas de aminoácidos como las que usan las células para construir proteínas, para dirigir la formación de cables de cristal.. Pero no pudieron acomodar los alambres en las complejas estructuras requeridas para la elasticidad y dureza del esmalte.

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En el nuevo estudio, los científicos intentaron imitar el ensamblaje del esmalte de la naturaleza. En lugar de péptidos y otras herramientas biológicas, utilizaron temperaturas extremas para lograr que los cables adquirieran una conformación ordenada. Al igual que con la construcción anterior de esmalte sintético, el equipo construyó su nuevo material a partir de nanocables de hidroxiapatita, el mismo mineral que forma el esmalte real. Pero a diferencia de la mayoría de los otros esmaltes sintéticos, los investigadores recubrieron los cables con una capa metálica maleable.

Este recubrimiento sobre el alambre de cristal es el ingrediente secreto que hace que este esmalte sintético sea tan flexible, dice el coautor del estudio, Nicholas Kotov, ingeniero químico de la Universidad de Michigan, Ann Arbor. El revestimiento reduce la posibilidad de rotura del cable, ya que el material suave que lo rodea puede absorber cualquier presión o golpe fuerte. Aunque los alambres en esmalte natural cuentan con un recubrimiento rico en magnesio, los investigadores han desarrollado óxido de circonio, que es extremadamente fuerte y no tóxico, dice Kotov. El resultado fue una pieza de material similar al esmalte que se podía cortar en formas con una sierra de hoja de diamante.

Los alambres del nuevo material no están entretejidos en la compleja arquitectura 3D del esmalte natural, señala Janet Moradian-Oldak, química de proteínas de la Facultad de Odontología de la Universidad del Sur de California que no participó en el estudio. Sin embargo, dice que la arquitectura de cables paralelos está un poco más cerca del esmalte real que los intentos anteriores.

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Para medir la dureza y flexibilidad del nuevo esmalte sintético, los investigadores cortaron un trozo y lo apretaron para que la fisura se extendiera a una fractura. La presión de aplastamiento y la longitud de la fisura permiten determinar la tenacidad y la resistencia a la tensión del esmalte. También probaron lo fácil que es marcar el esmalte con una punta de diamante. Cuando compararon el esmalte sintético con el esmalte dental natural en estas pruebas, encontraron que la versión cultivada en laboratorio superó a su contraparte natural en seis áreas diferentes, incluida su flexibilidad y capacidad para absorber vibraciones. , el equipo informa hoy en Ciencias.

Los investigadores han estado interesados ​​durante mucho tiempo en generar esmalte artificial porque nuestros cuerpos no pueden regenerarlo. Las células que forman el esmalte mueren tan pronto como los dientes salen de las encías. “La mitad del mundo sufre problemas de esmalte, y muchos de ellos conducen a condiciones muy graves, hasta la pérdida de dientes”, dice Mata. “Desempeña un papel enorme, enorme en la calidad de vida de las personas”. Y las técnicas actuales de reparación del esmalte, como los empastes disponibles en el consultorio del dentista, no tienen esa combinación especial de dureza y flexibilidad que permite que el esmalte natural dure décadas.

Sin embargo, Matta y Moradian Oldak señalan que este nuevo material inspirado en el esmalte aún no está listo para masticar. Los investigadores no han probado cómo se une al esmalte natural, que es fundamental para la reparación dental. El método requiere calentar las materias primas a 300 °C, congelarlas cuidadosamente y luego cortarlas en una forma con una sierra de diamante, lo que sería difícil (o imposible) en la mayoría de los consultorios dentales.

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Pero las emocionantes aplicaciones se encuentran fuera de la boca. Kotov dice que el esmalte sintético podría ayudar a proteger los chips microelectrónicos de las computadoras portátiles de colisiones excesivas o incluso caídas. La recreación de las propiedades del esmalte a mayor escala podría algún día ayudar a los ingenieros a diseñar materiales de construcción que puedan resistir daños por terremotos. Moradian-Oldak agrega: “Abre oportunidades para todo tipo de aplicaciones más allá de la medicina”.

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