Microscopisch kleine plantensteentjes kunnen onherstelbare schade aan het tandglazuur veroorzaken

Het glazuur van tanden, de hardste substantie in het menselijk lichaam, kan door het kauwen van groenten geleidelijk en onomkeerbaar slijten.

Plantaardige voedingsmiddelen zijn een belangrijk onderdeel van een gezond dieet omdat ze vezels, vitaminen en mineralen bevatten. Een internationaal team van onderzoekers heeft echter ontdekt dat microscopisch kleine plantensteentjes, ook wel fytolieten genoemd, op den duur kunnen bijdragen aan slijtage van de tanden, wat mogelijk tot vaker bezoek aan de tandarts leidt.

Ze ontwikkelden kunstmatige bladeren waarin deze microscopisch kleine deeltjes waren verwerkt en monteerden deze op een apparaat dat de druk en de schuifbeweging van het kauwen nabootst op tandglazuurmonsters die door lokale wetenschappers waren verstrekt.

Volgens de resultaten van het experiment, gepubliceerd in het Journal of the Royal Society Interface, veroorzaakten zelfs zachte plantenweefsels permanente schade aan het glazuur en gingen er mineralen verloren bij interactie met het glazuur.

Archeologen vinden vaak gefossiliseerde resten van tanden. Deze zijn namelijk bijzonder goed bewaard gebleven dankzij hun ongelofelijke hardheid en sterkte. Ze overtreffen zelfs de beste moderne technische materialen.

Tandglazuur is sterk maar ook broos, waardoor het gevoelig is voor mechanische afbraak door scheuren, die plotseling ontstaan wanneer de kracht van een beet ervoor zorgt dat microscheurtjes zich uitbreiden, en slijtage door het langzame verlies van materiaal over vele jaren.

Wetenschappers hebben uitgebreid onderzoek gedaan naar hoe menselijk tandglazuur breekt en slijt, wat de schade veroorzaakt en hoeveel kracht er nodig is om scheuren te veroorzaken. Eén gebied dat echter nog steeds slecht begrepen wordt, is het effect van microdeeltjes van externe bronnen, zoals stof of voedsel, op glazuur.

Fytolieten zijn microscopisch kleine silicadeeltjes die in de weefsels van veel planten ontstaan wanneer de wortels oplosbare silica uit de bodem opnemen en het vaatstelsel deze afzet in andere delen van de plant.

Eerdere studies hebben gekeken naar glazuurslijtage veroorzaakt door plantaardige fytolieten, maar de resultaten waren vaak inconsistent. Bovendien slaagden deze studies er niet in om realistisch te modelleren hoe de talrijke fytolieten in zacht plantenweefsel tijdens het kauwen met het tandglazuur interacteren.

In deze studie creëerden de onderzoekers kunstmatige bladeren uit een polydimethylsiloxaan (PDMS)-matrix waarin opaalachtige fytolieten uit tarwestengels en -bladeren waren verwerkt.

Het resulterende vel, dat qua dikte en stevigheid vergelijkbaar is met het echte exemplaar, werd vervolgens op een houder gemonteerd en herhaaldelijk in contact gebracht met monsters van gezonde menselijke verstandskiezen, verzameld bij tandartsen, om de schuifkracht en de druk van het kauwen te simuleren.

Fysische en chemische veranderingen in het blad en het tandglazuur werden geanalyseerd met behulp van hoge-resolutie microscopie en spectroscopische technieken.

Wetenschappers hebben ontdekt dat de fytolieten zelf weliswaar afbreken na herhaaldelijke blootstelling, maar dat ze de bestaande slijtage van het tandglazuur nog steeds verergeren en het mineraalgehalte ervan verminderen.

Een onverwacht resultaat was dat het onderliggende slijtagemechanisme quasi-plastische of permanente vervorming bleek te zijn, veroorzaakt door zwakte in de microscopische structuur van het glazuur, in plaats van de klassieke brosse breuk.

De onderzoekers zijn van mening dat de nieuwe gegevens over glazuurafbraak wetenschappers kunnen helpen het dieet, gedrag, bewegingen en leefomgeving van dieren beter te begrijpen, en dat het als een interdisciplinaire brug kan fungeren tussen de natuurkunde en de biologische wetenschappen.