Искусственную эмаль предложили «собирать» с помощью электрического поля | Новости науки
Ученые из России с коллегами из Бразилии и Египта предложили способ восстанавливать поврежденную зубную эмаль, направляя рост ее искусственного аналога с помощью слабого электрического поля. Такой подход позволяет всего за несколько часов сформировать на поверхности зуба защитный слой, близкий к естественной эмали не только по составу, но и по внутренней организации кристаллов.
В перспективе технология может стать основой для более долговечных и щадящих методов восстановления зубов, сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.
Зубная эмаль — самая твердая ткань организма, но самостоятельно восстанавливаться она практически не может. Сегодня при ее серьезных повреждениях стоматологи обычно используют пломбы: они закрывают дефект, но остаются для организма чужеродным материалом и со временем могут требовать замены. Поэтому ученые во всем мире ищут способы не просто «закрыть» повреждение, а воссоздать материал, максимально похожий на природную эмаль. Главная сложность в том, что эмаль — это не просто минеральный слой, а тонко организованная структура, где кристаллы гидроксиапатита ориентированы строго определенным образом.
Исследователи из Воронежского государственного университета (Воронеж), Бразильского центра исследований в области энергетики и материалов (Бразилия) и Университета аль-Азхар (Египет) предложили решить эту задачу с помощью внешнего электрического поля. Они использовали систему на основе гидроксиапатита — основного минерального компонента эмали — и биополимерной матрицы, а затем добились того, чтобы при формировании покрытия кристаллы выстраивались упорядоченно. Благодаря этому на месте дефекта образуется не просто минеральный осадок, а неоднородный слой, по своей архитектуре наиболее близкий к природной эмали.
В эксперименте авторы поместили образцы зубов с поврежденной поверхностью в минерализующий раствор и воздействовали на систему слабым электрическим полем. За четыре часа на эмали сформировалось покрытие, химически близкое к естественной ткани. При этом поле задавало направление роста кристаллов: их ориентация становилась более упорядоченной, а твердость сформированного слоя повышалась. Для материалов, имитирующих естественную ткань, это особенно важно, поскольку именно правильная организация кристаллов во многом определяет механические свойства эмали.
Новая работа продолжает серию исследований этой научной группы по созданию искусственных покрытий для зубной эмали. Ранее авторы уже показали, что на поверхности зуба можно быстро формировать гидроксиапатитные слои, близкие к естественной эмали, а также придавать им антибактериальные свойства. В нынешнем исследовании сделан следующий шаг: специалисты научились управлять внутренней организацией такого покрытия с помощью электрического поля, что приближает технологию к созданию действительно функционального аналога эмали.
«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», — отметил участник проекта Павел Середин, доктор физико-математических наук, заведующий кафедрой физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета.
В дальнейшем исследователи планируют проверить устойчивость и биосовместимость покрытия в условиях, приближенных к реальной среде полости рта, а также оптимизировать режимы электрического воздействия, чтобы еще точнее управлять ростом кристаллов. Кроме того, команда рассчитывает объединить достигнутую структурную упорядоченность покрытия с антибактериальными свойствами, показанными в предыдущих работах.
Авторы подчеркивают, что подобные подходы могут быть востребованы не только в стоматологии, но и в материаловедении — там, где нужны тонкие износостойкие покрытия с контролируемой внутренней структурой.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале ACS Biomaterials Science & Engineering.