Novo esmalte artificial é mais duro e durável que o real | Ciência

O esmalte permite que os dentes batam e continuem mastigando. O tecido mais duro do corpo humano é resistente o suficiente para resistir a amassados, mas elástico o suficiente para não rachar durante décadas de esmagamento de mandíbulas. É tão incrível que os cientistas não tenham criado um substituto que possa igualá-lo – até agora. Pesquisadores dizem que projetaram um esmalte artificial que é ainda mais resistente e durável do que o real.

“Este é um claro avanço”, diz Alvaro Mata, engenheiro biomédico da Universidade de Nottingham, que não esteve envolvido no estudo. O avanço, diz ele, poderia ter sido usado além de reparar os dentes. “Desde a criação de armaduras corporais até o fortalecimento ou endurecimento de superfícies para pisos ou carros, pode haver muitas, muitas aplicações.”

O esmalte é difícil de imitar porque sua estrutura tem muitos modos de organização aninhados, como fibras de lã transformadas em fios e depois tricotadas em um suéter de tricô. Os átomos de cálcio, fósforo e oxigênio devem se unir em um padrão complexo e repetitivo para formar fios cristalinos. As células produtoras de esmalte montam um revestimento rico em magnésio em torno desses fios, que então se entrelaçam para formar um material forte, que é organizado em estruturas que se assemelham a cachos e torções.

Anteriormente, os pesquisadores que tentavam construir esmaltes artificiais lutavam para alcançar esses diferentes níveis de organização. No passado, os pesquisadores tentaram usando peptídeos – cadeias curtas de aminoácidos como as que as células usam para construir proteínas – para orientar a formação dos fios cristalinos. Mas eles não conseguiram organizar os fios nas estruturas complexas necessárias para a elasticidade e dureza do esmalte.

No novo estudo, os cientistas tentaram imitar a montagem do esmalte da natureza. Em vez de peptídeos e outras ferramentas biológicas, eles usaram temperaturas extremas para persuadir os fios a uma formação ordenada. Assim como na construção anterior de esmaltes artificiais, a equipe construiu seu novo material a partir de fios de hidroxiapatita – o mesmo mineral que compõe o esmalte real. Mas, ao contrário da maioria dos outros esmaltes sintéticos, os pesquisadores envolveram os fios em um revestimento maleável à base de metal.

Esse revestimento nos fios cristalinos é o ingrediente secreto que torna esse esmalte artificial tão resistente, diz o coautor do estudo Nicholas Kotov, engenheiro químico da Universidade de Michigan, Ann Arbor. O revestimento torna os fios menos propensos a quebrar, porque o material macio ao redor deles pode absorver qualquer pressão ou choque forte. Embora os fios em esmalte natural apresentem um revestimento rico em magnésio, os pesquisadores atualizaram para o óxido de zircônio, que é extremamente forte e ainda não tóxico, diz Kotov. O resultado foi um pedaço de material esmaltado que poderia ser cortado em formas com uma serra de diamante.

Os fios do novo material não se entrelaçam com a complexa arquitetura 3D do esmalte natural, observa Janet Moradian-Oldak, química de proteínas da faculdade de odontologia da Universidade do Sul da Califórnia que não participou do estudo. Ainda assim, diz ela, a estrutura dos fios paralelos está um pouco mais próxima do esmalte verdadeiro do que as tentativas anteriores.

Para medir a dureza e a elasticidade do novo esmalte artificial, os pesquisadores cortaram um pedaço dele e aplicaram pressão até que o entalhe se espalhasse em uma fratura. A pressão de fraturamento e o comprimento da trinca permitem determinar a tenacidade e a resistência à deformação do esmalte. Eles também testaram a facilidade de indentar o esmalte com uma ponta de diamante pontiaguda. Quando eles colocaram o esmalte artificial contra o esmalte do dente natural nesses testes, eles descobriram que a versão cultivada em laboratório superou sua contraparte natural em seis áreas diferentes, incluindo sua elasticidade e capacidade de absorver vibrações. , a equipe relata hoje em Ciência.

Os pesquisadores há muito se interessam em gerar esmalte artificial porque nossos corpos não podem regenerá-lo. As células que criam nosso esmalte morrem assim que os dentes emergem das gengivas. “Metade do mundo tem problemas com esmalte, e muitos levam a condições muito sérias, até a perda de dentes”, diz Mata. “Desempenha um papel enorme, enorme na qualidade de vida das pessoas.” E as técnicas atuais de reparo do esmalte, como as obturações disponíveis no consultório do dentista, não possuem aquela combinação especial de dureza e elasticidade que permite que o esmalte natural dure por décadas.

Ainda assim, Mata e Moradian-Oldak observam que este novo material inspirado no esmalte não está pronto para ser mastigado. Os pesquisadores não testaram o quão bem ele se liga ao esmalte natural, o que é crucial para o reparo do dente. E o método exige que as matérias-primas sejam aquecidas a 300˚C, cuidadosamente congeladas e depois cortadas com uma serra de diamante, o que pode ser difícil (ou impossível) na maioria dos consultórios odontológicos.

Mas aplicações interessantes estão fora da boca. O esmalte artificial pode ajudar a proteger os delicados chips eletrônicos em laptops de muitos empurrões ou até mesmo de uma queda, diz Kotov. E recriar as propriedades do esmalte em uma escala maior pode um dia ajudar os engenheiros a projetar materiais de construção que possam resistir aos danos causados ​​por terremotos. Moradian-Oldak acrescenta: “Abre oportunidades para todos os tipos de aplicações além da medicina”.