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科技实时动态:描述晶体生长的公式也可以预测牙釉质分布

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数学家和物理学家用来描述雪花形成的公式在预测珐琅牙齿分布方面同样有用 - 这一发现对牙科和古生物学等多种领域都有影响。

了解牙釉质如何分布在牙冠上,以及它如何在不同物种之间变化,一直是一个持久的挑战。这种材料非常引人注目,因为它开始时相当柔软,然后经历相变而变成固体 - 实际上,它是世界上最坚硬的物质之一,能够承受数百万年的老化和化石化。

寻找驱动牙釉质分布细节的因素将大大有助于解释为什么,例如,猩猩和人类虽然密切相关并且形状大致相似,但外齿形状却截然不同。

芬兰赫尔辛基大学和阿尔托大学的研究人员假设分布受营养物扩散控制 - 特别是牙齿不同区域接受构建牙釉质所需营养素的速率。

为了测试这个想法,他们转向了一个支持良好的数学模型,称为Stefan问题,用于描述物质中的相变。

具体而言,其目的在于描述正在经历相变的均匀介质中的温度分布。它将移动相位边界视为偏微分方程中的表达式。

所有这些都意味着它是一种非常好的方法,用于绘制和预测包括雪花在内的晶体的形成。

为了确定相同的模型是否可以应用于牙釉质形成,首席研究员TeemuHäkkinen及其同事使用计算机断层扫描来获得真实牙齿的图像,现在的牙釉质随后被数字化去除。

然后他们摆弄各种参数并使用Stefan模型进行重建计划,看看哪些因素影响了牙釉质的扩散,成形和硬化方式。

当他们使用限制营养物扩散的变量时,他们能够重现人体臼齿的适当厚度和轮廓。

“尽管珐琅的形状并不像雪花那么明显,但有趣的是,相同的物理原理可以解释两种系统复杂性的增加,”Häkkinen说。

然后研究人员使用猩猩和猪牙重复了这项实验。在这两种情况下,营养限制基质产生了精确的相似性。

“有很多关于珐琅质的不同数据,现在我们有物理学家的工具来进行可测试的预测,”共同作者Jukka Jernvall说。

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