Crystal shape and composition of enamel affect its mechanical properties

L'émail dentaire est un matériau composite, constitué d'une partie organique (2-4% de l'émail) et d'une partie inorganique (96-98% de l'émail) qui protègent les couches profondes de la dent (dentine et la pulpe dentaire). L'émail dentaire est le tissu le plus dur chez les mammifères, et l'un des plus résistants. Cependant, l'émail est continuellement exposé à une agression d'origine mécanique, qui pourrait le fissurer, créant un environnement favorable à la croissance des bactéries qui pourraient provoquer la sensibilité dentaire ou la fracture de la dent. Aussi, l'incorporation des ions dans la structure de l'émail dentaire peut affecter les propriétés cristallographiques, mécaniques et physiques de ce tissu dentaire important. L'objectif de cette étude est de découvrir la relation entre la cristallographie, les propriétés physiques et chimiques de l'émail dentaire et sa résistance contre la propagation de fractures. La contribution possible des traces d'oligo-éléments dans la structure de l'émail, avec ses aspects cristallographiques et ses propriétés chimiques et physiques, a aussi été examinée. Des dents adultes ont été extraites dans la clinique dentaire d'étudiants de premier cycle de l'Université McGill. La longueur de fissure de l'émail, la dureté, la cristallographie (i.e., la taille des cristaux, la structure cristalline; le long des axes a et c), la composition chimique, la teinte et les traces des oligo-éléments ont été obtenues par microscope électronique à balayage, microdureté de Vickers, spectroscopie infrarouge à transformation de Fourier, ombre spectrophotométrie et de spectrométrie de masse à plasma inductif. Le niveau de signification statistique a été déterminé pour une valeur de P <0.05. Dans cette étude, nous avons remarqué que la longueur moyenne de la fissure et la longueur moyenne des fissures perpendiculaires à la jonction émail-dentine, émanent des indentations induites sur l'émail, ont été corrélés aux dimensions de cristal de l'émail le long de l'axe c. Selon ce rapport, nous avons proposé un nouveau modèle basé sur la théorie de Hall-Petch, qui prédit avec précision la propagation des fissures dans l'émail. La concentration de Ti dans l'émail des dents semble positivement associée à la dureté de l'émail, à la légèreté et à la taille des cristaux le long de l'axe c. En outre, nous avons constaté que la présence de Fe est associée à la formation de carbonate de type A, tandis que la concentration de Co et Ni montre une corrélation avec la formation de Type B. Cette substitution dans l'émail des dents est associée avec des paramètres de réseau cellulaire le long des axes a et c. D'autre part, Cr et Ni montent une corrélation négative avec les paramètres de la maille de cellules le long de l'axe c. La présence de Pb, Ti et Mn a un lien avec la taille des cristaux de l'émail des dents le long de l'axe c.Nos résultats montrent pourquoi les personnes âgées souffrent d'une fracture de la dent plus souvent que les plus jeunes, et comment la nanostructure de l'émail empêche une défaillance mécanique catastrophique. De plus, cette étude montre comment la présence d'oligo-éléments peut affecter les propriétés physico-chimiques de l'émail des dents.

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