Хіміки розробили спосіб отримання фторапатиту з ієрархічною структурою, який за своєю структурою і механічними властивостями дуже близький до зубної емалі. В якості матриці для синтезу використовувалася білкова матриця з заданою концентрацією впорядкованої фази. За твердістю і міцністю отриманий матеріал перевершує кістку, але поки значно поступається найбільш зубній емалі. Тим не менш, запропонований підхід може лягти в основу ефективного методу відновлення пошкоджених ділянок зубів, пишуть вчені в.
Процес мінералізації неорганічних ділянок тканин в живих організмах - наприклад, зростання кісток або зубів - відбувається за рахунок складних взаємодій з білковими молекулами. За рахунок хімічних і гідрофобних взаємодій та зміни концентрації речовин під час синтезу можна контролювати мікроструктуру отримуваних мінеральних утворень і відповідно - їх механічні властивості. Перенесення механізмів управління процесом мінералізації в умови лабораторії дозволить вченим отримувати штучні неорганічні матеріали з властивостями природних мінералів, які потім можуть використовуватися як самі по собі, так і, наприклад, для швидкого відновлення кісток після переломів або лікування зубної емалі.
Хіміки з Великої Британії, Італії, Іспанії та Японії під керівництвом Альваро Мати (Alvaro Mata) з Лондонського університету королеви Марії зробили черговий крок у цьому напрямку і розробили метод синтезу ієрархічних апатитних структур, дуже схожих за своїми властивостями на зубну емаль, використавши в якості матриці для кристалізації еластиноподібні рекомбінамери (elastin-like breinomine) Це рекомбінантні білкові сполуки, в первинній структурі яких повторюється характерна для еластину послідовність амінокислот валін-пролин-гліцин-X-гліцин (де X - будь-яка амінокислота, крім пролину). Такі поліпептиди біосумісні, а варіюючи в середовищі концентрацію зв'язувальної речовини в цих білках можна змінювати ступінь впорядкованості структури (тобто концентрацію лід-листів).
Саме можливість переведення структури білка з упорядкованого в розупорядкований стан вчені і запропонували використовувати для синтезу штучної зубної емалі. Ці білки з чітко заданою концентрацією впорядкованої фази (близько 25 відсотків) використовувалися як матриця для кристалізації фторапатиту. При цьому, оскільки кристалізація неорганічної речовини визначається взаємодією з гідрофобними і гідрофільними ділянками поліпептида, структура матеріалу безпосередньо залежить від структури білкової матриці. В даному випадку вченим вдалося синтезувати матеріал, в якому продовжуваті нанокристали апатиту збираються в мікропризми, з яких потім формується сферолітоподібна почесна структура радіусом в кілька міліметрів.
Таким чином дослідникам вдалося домогтися отримання матеріалу, який на кожному з рівнів своєї ієрархічної текстури - від наночастинок до міліметрових радіальних структур - дуже схожий на зубну емаль. Механічні характеристикам отриманого матеріалу також виявилися співставними з параметрами зубної емалі: його модуль Юнга склав близько 30 гігапаскаль, а твердість - один гігапаскаль (це приблизно в півтора - два рази більше, ніж у кісток і дентина, і приблизно в два - три рази менше, ніж у справжньої зубної емалі).
Хіміки відзначають, що запропонований ними метод досить гнучкий: варіюючи параметри синтезу, можна отримувати плівки або мембрани з різними механічними властивостями: твердістю і міцністю - і змінювати структуру отриманого матеріалу. Тому в найближчому майбутньому, ймовірно, такий підхід можна буде використовувати для отримання твердих покриттів матеріалів і при розробці методів лікування пошкоджень на поверхні зубів.
Інший спосіб боротьби з руйнуванням зубної емалі - не створення штучного матеріалу, який би замінив пошкоджені ділянки, а запобігання їх появи. Для цього вчені нещодавно детально вивчили процес руйнування емалі на мікро- і нанорівні і виявили, що він включає в себе три стадії, що відбуваються на різних масштабах довжин: випадання окремих зерен з емалевих призм, після цього відбувається їх пластична деформація, що призводить до часткового руйнування, а потім ці частинки відокремлюються один від одного, так що весь матеріал емалі практично розсипається.