歯のエナメル質では、結晶の配向性が硬さと相関している

/ /

日本語AIでPubMedを検索

PubMedの提供する医学論文データベースを日本語で検索できます。AI(Deep Learning)を活用した機械翻訳エンジンにより、精度高く日本語へ翻訳された論文をご参照いただけます。

Acta Biomater.2021 01;120:124-134. S1742-7061(20)30423-2. doi: 10.1016/j.actbio.2020.07.037.Epub 2020-07-22.

歯のエナメル質では、結晶の配向性が硬さと相関している

Crystal misorientation correlates with hardness in tooth enamels.

Cayla A Stifler
Joseph E Jakes
Jamie D North
Daniel R Green
James C Weaver
Pupa U P A Gilbert

PMID: 32711081 DOI: 10.1016/j.actbio.2020.07.037.

抄録

歯のエナメル質は、マルチスケールの階層構造を持っているため、壊滅的な故障を起こすことなく生涯にわたるダメージに耐えることができる。エナメル質の構造と機能の関係については多くの先行研究で調べられているが、機械的性能に対する結晶方位の影響については評価されていない。この問題を解決するために、本研究では、以前に発表されたマウスとヒトのエナメル質、およびオウムガイのエナメル質の偏光依存イメージングコントラスト（PIC）マップをレビューした。PICマップでは、結晶の配向が測定され、60nmピクセルごとに表示されていた。これらの結果と今回の羊のエナメル質のPICマップを組み合わせることで、すべてのエナメル質において、隣接する結晶の向きがわずかにずれており、そのずれの角度は0°～30°の範囲で、平均2°～8°であることがわかった。この限られた範囲内では、結晶の向きが文献に記載されている硬度と正の相関を示しており、これまで明らかにされていなかった構造と特性の重要な関係を示している。8°～30°の範囲では、この相関関係は逆転することが予想されるが、この現象がどこで起こるのかを判断するためには、より多様な結晶方位を持つ異なる非エナメル系のデータが必要である。結晶の配向異常と硬さの相関関係は、様々な動物のエナメル質の優れた機械的特性の一因である。

The multi-scale hierarchical structure of tooth enamel enables it to withstand a lifetime of damage without catastrophic failure. While many previous studies have investigated structure-function relationships in enamel, the effects of crystal misorientation on mechanical performance have not been assessed. To address this issue, in the present study, we review previously published polarization-dependent imaging contrast (PIC) maps of mouse and human enamel, and parrotfish enameloid, in which crystal orientations were measured and displayed in every 60-nm-pixel. By combining those previous results with the PIC maps of sheep enamel presented here we discovered that, in all enamel(oid)s, adjacent crystals are slightly misoriented, with misorientation angles in the 0°-30° range, and mean 2°-8°. Within this limited range, misorientation is positively correlated with literature hardness values, demonstrating an important structure-property relation, not previously identified. At greater misorientation angles 8°30°, this correlation is expected to reverse direction, but data from different non-enamel systems, with more diverse crystal misorientations, are required to determine if and where this occurs. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: We identify a structure-function relationship in tooth enamels from different species: crystal misorientation correlates with hardness, contributing to the remarkable mechanical properties of enamel in diverse animals.