Ученые научились восстанавливать зубную эмаль с помощью электрического поля
Исследователи во всем мире ищут способы воссоздать материал, максимально похожий на настоящую эмаль. Главная трудность здесь в том, что эмаль — это не просто минеральный слой, а сложно организованная структура, где кристаллы гидроксиапатита ориентированы строго определенным образом.
Источник: Павел Середин / Из личного архива. Экспериментальная установка.
МОСКВА, 28 марта. /Новости науки/. Ученые предложили способ восстанавливать поврежденную зубную эмаль с помощью слабого электрического поля, которое направляет рост ее искусственного аналога. Такой подход позволяет всего за несколько часов сформировать на поверхности зуба защитный слой, близкий к природной эмали не только по химическому составу, но и по внутреннему строению, сообщает пресс-служба РНФ.
«Наше исследование — важный шаг к созданию методов неинвазивного восстановления зубов, когда утраченный слой эмали можно будет не заменять пломбой, а формировать прямо на поверхности зуба. Сейчас технология проверена только в лабораторных условиях, но результаты показывают, что управляемая минерализация действительно позволяет получать прочные и структурно организованные покрытия», — приводятся в сообщении слова участника проекта, поддержанного грантом РНФ, доктора физико-математических наук, заведующего кафедрой физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета Павла Середина.
Как отмечают ученые, зубная эмаль — самая твердая ткань человеческого организма, однако самостоятельно восстанавливаться она практически не способна. Поэтому при серьезных повреждениях стоматологи обычно используют пломбы, которые просто закрывают дефект, но остаются для организма чужеродным материалом и со временем могут требовать замены.
Именно поэтому исследователи во всем мире ищут способы не просто закрыть повреждение, а воссоздать материал, максимально похожий на настоящую эмаль. Главная трудность здесь в том, что эмаль — это не просто минеральный слой, а сложно организованная структура, где кристаллы гидроксиапатита ориентированы строго определенным образом.
Исследователи из Воронежского государственного университета, Бразильского центра исследований в области энергетики и материалов и Университета аль-Азхар предложили решать эту задачу с помощью внешнего электрического поля.
Для этого ученые использовали систему на основе гидроксиапатита — основного минерального компонента эмали — и биополимерной матрицы. Затем исследователи добились того, чтобы в процессе формирования покрытия кристаллы росли не хаотично, а выстраивались более упорядоченно.
В эксперименте образцы зубов с поврежденной поверхностью помещали в минерализующий раствор и воздействовали на них слабым электрическим полем. Уже через четыре часа на поверхности формировалось покрытие, химически близкое к естественной эмали.
При этом электрическое поле не просто ускоряло образование нового слоя, а задавало направление роста кристаллов. Благодаря этому их ориентация становилась более правильной, а твердость сформированного покрытия возрастала.
По словам ученых, именно внутренняя организация кристаллов во многом определяет механические свойства эмали, поэтому возможность управлять этой структурой особенно важна для создания ее полноценного искусственного аналога.
Исследователи подчеркивают, что новая работа продолжает их предыдущие исследования в этой области. Ранее они уже показали, что на поверхности зубов можно быстро формировать гидроксиапатитные покрытия, близкие к природной эмали, а также придавать им антибактериальные свойства.
Теперь ученые сделали следующий шаг: научились с помощью электрического поля управлять внутренней архитектурой такого покрытия. Это, по их мнению, приближает технологию к созданию действительно функционального аналога эмали, который в будущем сможет использоваться вместо традиционных пломб.
В дальнейшем исследователи планируют проверить устойчивость и биосовместимость нового покрытия в условиях, максимально приближенных к реальной среде полости рта. Кроме того, они намерены подобрать такие режимы электрического воздействия, которые позволят еще точнее контролировать рост кристаллов.
Команда также рассчитывает объединить достигнутую структурную упорядоченность покрытия с антибактериальными свойствами, которые были получены в их предыдущих работах.
По мнению авторов, разработанный подход может быть полезен не только в стоматологии, но и в материаловедении — в тех случаях, когда нужны тонкие, износостойкие покрытия с заранее заданной внутренней структурой.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering.
«Наше исследование — важный шаг к созданию методов неинвазивного восстановления зубов, когда утраченный слой эмали можно будет не заменять пломбой, а формировать прямо на поверхности зуба. Сейчас технология проверена только в лабораторных условиях, но результаты показывают, что управляемая минерализация действительно позволяет получать прочные и структурно организованные покрытия», — приводятся в сообщении слова участника проекта, поддержанного грантом РНФ, доктора физико-математических наук, заведующего кафедрой физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета Павла Середина.
Как отмечают ученые, зубная эмаль — самая твердая ткань человеческого организма, однако самостоятельно восстанавливаться она практически не способна. Поэтому при серьезных повреждениях стоматологи обычно используют пломбы, которые просто закрывают дефект, но остаются для организма чужеродным материалом и со временем могут требовать замены.
Именно поэтому исследователи во всем мире ищут способы не просто закрыть повреждение, а воссоздать материал, максимально похожий на настоящую эмаль. Главная трудность здесь в том, что эмаль — это не просто минеральный слой, а сложно организованная структура, где кристаллы гидроксиапатита ориентированы строго определенным образом.
Исследователи из Воронежского государственного университета, Бразильского центра исследований в области энергетики и материалов и Университета аль-Азхар предложили решать эту задачу с помощью внешнего электрического поля.
Для этого ученые использовали систему на основе гидроксиапатита — основного минерального компонента эмали — и биополимерной матрицы. Затем исследователи добились того, чтобы в процессе формирования покрытия кристаллы росли не хаотично, а выстраивались более упорядоченно.
В эксперименте образцы зубов с поврежденной поверхностью помещали в минерализующий раствор и воздействовали на них слабым электрическим полем. Уже через четыре часа на поверхности формировалось покрытие, химически близкое к естественной эмали.
При этом электрическое поле не просто ускоряло образование нового слоя, а задавало направление роста кристаллов. Благодаря этому их ориентация становилась более правильной, а твердость сформированного покрытия возрастала.
По словам ученых, именно внутренняя организация кристаллов во многом определяет механические свойства эмали, поэтому возможность управлять этой структурой особенно важна для создания ее полноценного искусственного аналога.
Исследователи подчеркивают, что новая работа продолжает их предыдущие исследования в этой области. Ранее они уже показали, что на поверхности зубов можно быстро формировать гидроксиапатитные покрытия, близкие к природной эмали, а также придавать им антибактериальные свойства.
Теперь ученые сделали следующий шаг: научились с помощью электрического поля управлять внутренней архитектурой такого покрытия. Это, по их мнению, приближает технологию к созданию действительно функционального аналога эмали, который в будущем сможет использоваться вместо традиционных пломб.
В дальнейшем исследователи планируют проверить устойчивость и биосовместимость нового покрытия в условиях, максимально приближенных к реальной среде полости рта. Кроме того, они намерены подобрать такие режимы электрического воздействия, которые позволят еще точнее контролировать рост кристаллов.
Команда также рассчитывает объединить достигнутую структурную упорядоченность покрытия с антибактериальными свойствами, которые были получены в их предыдущих работах.
По мнению авторов, разработанный подход может быть полезен не только в стоматологии, но и в материаловедении — в тех случаях, когда нужны тонкие, износостойкие покрытия с заранее заданной внутренней структурой.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering.
