agosto 18, 2022

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

El esmalte permite que los dientes tomen un pisotón y sigan masticando. El tejido más duro del cuerpo humano es lo suficientemente resistente para resistir abolladuras, pero lo suficientemente elástico para no agrietarse durante décadas de aplastamiento de la mandíbula. Es tan increíble que los científicos no hayan creado un sustituto que pueda igualarlo, hasta ahora. Los investigadores dicen que han diseñado un esmalte artificial que es incluso más resistente y duradero que el real.

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

El esmalte es difícil de imitar porque su estructura tiene muchos modos anidados de organización, como fibras de lana hiladas en hilo y luego tejidas en un suéter de punto de cable. Los átomos de calcio, fósforo y oxígeno deben unirse en un patrón complejo y repetitivo para formar cables cristalinos. Las células productoras de esmalte ensamblan una capa rica en magnesio alrededor de esos cables, que luego se entretejen para formar un material fuerte, que se organiza en estructuras que se asemejan a racimos y torceduras.

Anteriormente, los investigadores que intentaban construir esmaltes artificiales luchaban por lograr esos diferentes niveles de organización. En el pasado, los investigadores han intentado usar péptidos (cadenas cortas de aminoácidos como las que usan las células para construir proteínas) para guiar la formación de los cables cristalinos. Pero no han podido 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 convencer a los cables de que formaran una formación ordenada. Al igual que con la construcción anterior de esmaltes artificiales, el equipo construyó su nuevo material a partir de alambres 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 un revestimiento maleable a base de metal.

Este recubrimiento en los cables cristalinos es el ingrediente secreto que hace que este esmalte artificial sea tan resistente, dice el coautor del estudio, Nicholas Kotov, ingeniero químico de la Universidad de Michigan, Ann Arbor. El revestimiento hace que los cables sean menos propensos a romperse, porque el material suave que los rodea puede absorber cualquier presión o impacto fuerte. Aunque los alambres en esmalte natural cuentan con un recubrimiento rico en magnesio, los investigadores los actualizaron a óxido de circonio, que es extremadamente fuerte y aún no tóxico, dice Kotov. El resultado fue un trozo de material similar al esmalte que se podía cortar en formas con una sierra de hoja de diamante.

Los cables del nuevo material no se entrelazan con 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. Aún así, dice, la estructura de los cables paralelos está un poco más cerca del verdadero esmalte que los intentos anteriores.

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Para medir la dureza y la elasticidad del nuevo esmalte artificial, los investigadores cortaron un trozo y aplicaron presión hasta que la muesca se convirtió en una fractura. La presión de fractura y la longitud de la grieta les permiten determinar la tenacidad y la resistencia a la deformación del esmalte. También probaron lo fácil que era marcar el esmalte con una punta de diamante puntiaguda. Cuando compararon el esmalte artificial 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 elasticidad 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 crean nuestro esmalte mueren tan pronto como los dientes emergen de las encías. “La mitad del mundo tiene problemas con el esmalte, y muchos 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 de un dentista, no tienen esa combinación especial de dureza y elasticidad que permite que el esmalte natural dure décadas.

Aún así, Mata y Moradian-Oldak notan que este nuevo material inspirado en el esmalte aún no está listo para masticar. Los investigadores no probaron qué tan bien se adhiere al esmalte natural, que es crucial para la reparación de los dientes. Y el método requiere que las materias primas se calienten a 300 ˚C, se congelen cuidadosamente y luego se corten con una sierra de diamante, lo que puede ser difícil (o imposible) en la mayoría de los consultorios dentales.

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Pero las aplicaciones interesantes se encuentran fuera de la boca. El esmalte artificial podría ayudar a proteger los delicados chips electrónicos en las computadoras portátiles de demasiados empujones o incluso de una caída, dice Kotov. Y recrear las propiedades del esmalte a mayor escala podría algún día ayudar a los ingenieros a diseñar materiales de construcción que resistan los daños de los terremotos. Moradian-Oldak agrega: “Abre oportunidades para todo tipo de aplicaciones más allá de la medicina”.