科学家结合先进的显微镜技术和化学检测技术，以前所未有的原子分辨率发现了人类牙釉质的结构组成，揭示了晶格图案和意外的不规则性。这些发现可能导致人们对蛀牙的发展有更好的了解，并可能得到预防。该研究得到了美国国立卫生研究院国家牙科和颅面研究所(NIDCR)的部分支持。研究结果于2020年7月1日发表在《自然》杂志上。
NIDCR计划官员Jason Wan博士说：“这项工作提供了比我们以前所知道的有关搪瓷原子构成的详细得多的信息。”“这些发现可以拓宽我们的思维和方法，以增强牙齿抵抗机械力的能力，并修复由于腐蚀和腐烂而造成的损坏。”
尽管忍受一生的咬，嚼和进食的压力和压力，但您的牙齿仍具有显着的弹性。搪瓷-人体中最坚硬的物质-对这种耐力负有很大责任。高矿物质含量使其具有强度。搪瓷形成牙齿的外层，有助于防止蛀牙或龋齿。
根据世界卫生组织的资料，蛀牙是最常见的慢性疾病之一，影响全世界90%的儿童和绝大多数成年人。如果不及时治疗，蛀牙会导致脓肿，骨头感染和骨质流失。
当口腔中过多的酸腐蚀牙釉质时，牙齿开始腐烂。长期以来，科学家一直在寻求原子层面上珐琅质化学和机械性能的更完整图景，以更好地理解(并可能预防或逆转)珐琅质损失。
为了以最小的比例测量牙釉质，研究人员使用了显微镜方法，例如扫描透射电子显微镜(STEM)，该方法将电子束引导通过材料以绘制其原子组成。
STEM研究表明，在纳米级，牙釉质包含紧密束成的长方形晶体，其宽度比人的头发小1,000倍。这些微小的微晶主要由称为羟磷灰石的钙和磷酸盐基矿物制成。STEM研究与化学检测技术相结合，暗示存在其他化学元素的数量要少得多，但是珐琅质易受高能电子束破坏的影响，无法在必要的分辨率下进行更彻底的分析。
为了定义这些次要元素，伊利诺伊州埃文斯顿西北大学的一组科学家使用了一种称为原子探针层析成像的成像工具。通过从样品中连续去除原子层，该技术可以提供一种更精细的，逐原子的物质视图。西北小组是最早使用原子探针断层扫描技术来探测生物材料(包括牙齿成分)的组织之一。
西北大学材料科学与工程学教授德克·乔斯特(Derk Joester)博士说：“早期的研究发现搪瓷的主要成分，就如同从人口上了解城市的整体构成一样。”“但是它并不能告诉你在一个城市街区或一栋房子里，事物在当地规模上是如何运作的。原子探针层析成像为我们提供了更详细的视图。”
科学家以互补的方式使用了原子探针层析成像技术和先进的STEM技术，以克服先前的技术限制。西北研究人员与位于纽约伊萨卡市康奈尔大学国家材料科学用户设施PARADIM的应用和工程物理学副教授，电子显微镜主任Lena Kourkoutis博士领导的成像专家合作。在康奈尔大学，科学家将超快速化学检测器与STEM结合在非常低的温度下，以最大程度地减少牙釉质损害并收集更详细的化学数据。互补的方法使团队能够以多种分辨率将信息拼凑在一起，以更全面地了解搪瓷微晶的化学和结构特征。
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