La nourriture laisse des traces permanentes sur les dents. Vaches mâchant de l'herbe, les tigres déchirant un morceau de viande crue et les humains grignotant des croustilles de tortilla se retrouvent tous avec de minuscules égratignures et entailles sur l'émail de leurs dents. L'examen de ces marques à l'échelle microscopique – ce que les chercheurs appellent la « micro-usure » – a conduit à de nouvelles découvertes sur la nature des dents et le régime alimentaire de nos ancêtres humains.

Aujourd'hui, une équipe de chercheurs a examiné de plus près les dents et a documenté les effets de la mastication sur les structures de taille nanométrique qui composent l'émail des dents. Les enseignements tirés de leurs recherches ont de vastes implications. Ils pourraient conduire à de meilleurs soins dentaires, mais ils fournissent également de nouveaux outils aux scientifiques qui étudient les dents fossiles ainsi qu'aux bio-ingénieurs qui construisent les matériaux du futur.

Peter Ungar, Professeur émérite d'anthropologie, et Ryan Tian, professeur agrégé de chimie inorganique, travaillé avec des chercheurs de la Southwest Jiaotong University à Chengdu, Chine, sur ce projet et leurs résultats sont publiés dans le Journal de la Royal Society Interface .

Les chercheurs ont utilisé des microscopes puissants pour observer les effets de différents types d'usure sur les nanostructures qui composent l'émail des dents. L'émail est composé de chaînes de nanoparticules en forme de ruban appelées cristallites d'hydroxyapatite, qui sont empilés les uns sur les autres et collés ensemble par des protéines.

"Les cristallites d'hydroxapatite sont les unités fondamentales de l'émail, chacun moins de 1/1000ème de l'épaisseur d'un cheveu humain, " a déclaré Ungar. " La plupart des recherches sur l'usure des dents à ce jour se sont concentrées sur les effets à des échelles beaucoup plus grandes, mais nous devons étudier l'émail à ce niveau plus fin pour vraiment comprendre la nature de la résistance des tissus les plus durs de notre corps à l'usure."

En utilisant des pointes faites de différents types de matériaux, les chercheurs ont appliqué une pression à la surface des molaires humaines, qui avait été extrait à des fins orthodontiques. Ils se grattent les dents, déplacer la pointe sur la surface pour simuler l'action des dents se déplaçant les unes contre les autres pendant la mastication. Ils ont également indenté la surface des dents, en appuyant la pointe contre l'émail pour simuler la pression causée par l'écrasement des aliments.

Les chercheurs ont observé qu'à chaque niveau de pression, les rayures ont causé plus de dommages que l'indentation, mais que les deux types de stress ont entraîné trois types de dommages différents. Le « plumage » se produit lorsque les cristallites sont séparés les uns des autres. Appliquer plus de pression sur l'émail entraîne une « déformation, " ou la flexion et la compression des cristallites. A des niveaux de pression encore plus élevés, les liaisons chimiques qui maintiennent les cristallites ensemble se sont rompues. Ils ont appelé cela « fragmentation ».

Comprendre les effets de la mastication à ce niveau fondamental a des implications pour un large éventail de domaines, de la dentisterie clinique à la biologie évolutive en passant par la biomédecine.

"Les découvertes de la chimie tribologique de surface peuvent nous aider à comprendre la nature de la liaison chimique interfaciale entre les nanoparticules que Mère Nature utilise pour fabriquer des biominéraux de tous types à la demande, " dit Tian.