西北大学 “世界上最小的三明治
“一个原子分辨率扫描透射电子显微镜图像的搪瓷微晶向下看晶体的长轴
黑暗区域显示镁离子在核心的两侧形成两层
学分:西北大学 西北大学的研究人员破解了蛀牙的秘密之一
在一项对人类牙釉质的新研究中，材料科学家首次发现了少量杂质原子，这些杂质原子可能有助于牙釉质的强度，但也会使材料更易溶解
他们也是第一个用原子尺度分辨率确定杂质空间分布的人
龋齿——更广为人知的是蛀牙——是由细菌引起的牙齿损坏
(“龋齿”是拉丁语中“腐烂”的意思
")这是最常见的慢性病之一，也是一个主要的公共卫生问题，特别是随着人类平均预期寿命的增加
西北大学在珐琅质的组成部分中的发现——从细节到纳米尺度——可以更好地理解人类蛀牙以及影响珐琅质形成的遗传条件，珐琅质形成可能导致珐琅质高度受损或完全缺失
珐琅质是人类牙齿的保护外层，覆盖整个牙冠
它的硬度来自其高矿物质含量
领导这项研究的德克·约斯特说:“牙釉质已经进化到足够坚硬和耐磨，可以承受几十年来咀嚼带来的压力。”
“然而，牙釉质再生的潜力非常有限
我们的基础研究有助于我们理解釉质是如何形成的，这将有助于开发新的干预措施和材料来预防和治疗龋齿
这些知识也可能有助于预防或减轻先天性牙釉质缺损患者的痛苦
" “世界上最小的三明治”的旋转视图
镁离子(洋红色)在珐琅微晶的核心两侧形成两层，只有60亿分之一米宽
钠(绿松石色)和氟(蓝色)也出现在由原子探针断层扫描获得的数据创建的视频中
学分:西北大学 这项研究将在7月1日由《自然》杂志发表
相应的作者乔斯特是麦考密克工程学院的材料科学与工程副教授
凯伦·阿
德罗彻和保罗·J
M
斯密茨，博士
D
乔斯特实验室的一名学生和一名博士后研究员分别是第一作者
阻碍珐琅研究的一个主要障碍是其复杂的结构，具有跨越多个长度尺度的特征
珐琅可以达到几毫米的厚度，是一种三维编织的棒
每根棒约5微米宽，由数千个细长的羟基磷灰石微晶组成
微晶的宽度约为几十纳米
这些纳米级微晶是搪瓷的基本构件
乔斯特说，也许是人类珐琅所特有的，微晶的中心似乎更易溶解，他的团队想知道为什么
研究人员开始测试单个微晶中次要珐琅成分的组成是否不同
利用尖端的定量原子尺度技术，研究小组发现人类珐琅微晶具有核壳结构
每个微晶都具有连续的晶体结构，钙、磷酸盐和羟基离子周期性排列(壳层)
然而，在微晶的中心，更多的这些离子被镁、钠、碳酸盐和氟化物(核心)所取代
在内核中，两个富含镁的层位于钠、氟和碳酸根离子的混合物的侧面
“世界上最小的三明治”的两种观点(带比例尺)
左图显示的是通过原子探针断层扫描获得的数据，珐琅微晶核心处的镁(洋红色)夹层
右图显示了一个搪瓷微晶的原子分辨率扫描透射电子显微镜图像，沿晶体的长轴向下看
暗区域是晶格中由于杂质如镁和钠的存在而产生的扭曲，由原子探针断层扫描(左图)识别
学分:西北大学 “令人惊讶的是，镁离子在核心的两侧形成两层，就像世界上最小的三明治，只有60亿分之一米宽，”德罗彻说
检测和可视化夹层结构需要在低温下扫描透射电子显微镜和原子探针断层扫描
低温系统分析揭示了晶体中原子的规则排列
APT允许研究人员以亚纳米分辨率确定少量杂质原子的化学性质和位置
研究人员发现了强有力的证据，证明核-壳结构和由此产生的残余应力会影响人牙釉质微晶的溶解行为，同时也为牙釉质的外部增韧提供了一条可行的途径
斯密茨说:“将化学梯度可视化到纳米尺度的能力增强了我们对牙釉质可能形成的理解，并可能导致改善牙釉质健康的新方法。”
这项研究建立在2015年发表的一项早期工作的基础上，在这项工作中，研究人员发现微晶通过一层极其薄的无定形薄膜粘合在一起，该薄膜的组成与微晶不同
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