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教学科研

西南交大生物摩擦学团队在国际著名学术期刊PNAS上提出牙齿磨损新模型

来源:科技处  作者:潘晓宇   编辑:陈丝丝   日期:2015/9/16   点击数:23435  

近日,西南交大机械工程学院摩擦学研究所与美国阿肯色大学Peter S. Ungar教授团队合作,以西南交通大学为第一作者单位和共同通讯作者单位,在美国科学院院刊(Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America,简称PNAS)上撰文报道了牙齿磨损新模型。这是以西南交通大学为主导,发表在该著名综合杂志上的第一篇论文。

PNAS于1914年创刊,被公认为世界四大名刊(Nature、Science、Cell、PNAS)之一。该文也被选为6篇亮点论文(particularly interesting articles)之一在期刊目录栏中予以重点介绍。

一般条件下,软材料先于硬材料屈服,难以对硬材料产生磨损。然而,西南交大摩擦学研究所的研究发现坚硬的牙齿可以被硬度比其低很多的软材料磨损。分析其原因,牙齿是一种具有复杂分级结构的人体组织。在纳观尺度下,牙釉质由直径为70nm左右的羟基磷灰石颗粒通过蛋白质层粘结而成。因此,在滑动过程中,仅当剪切力足以使蛋白质粘结层破坏时,即可使羟基磷灰石颗粒脱落,磨损发生。这在一定程度上避免了牙齿表面的应力集中以及裂纹的萌生与扩展。

该牙齿磨损模型的提出澄清了古生物学研究中长期争论的问题——植物中富含的硬度较低的非晶二氧化硅颗粒(植硅体)能否使牙齿产生磨损?古生物学家通常通过分析牙齿的磨损来重建古脊椎动物的食性,但牙齿表面的磨损更多地反映其生活习性还是饮食习性,目前尚无定论。例如,部分学者认为植物中的植硅体太软而不能使牙齿发生磨损,牙齿的磨损更多地源于粘在食物上的砂粒,由此,牙齿的磨损更多地反映古脊椎动物的生活习性。而该论文的研究给出了软材料使牙齿表面产生磨损的直接证据,并提出了新的牙齿磨损模型予以解释。因此,植硅体完全有可能使牙齿产生磨损,牙齿的磨损更多地反映了古脊椎动物的食性。同时,这项工作也为建立牙釉质微观摩擦磨损机理奠定了基础,为牙齿仿生材料的研究提供了重要的理论依据。

论文链接:http://www.pnas.org/content/112/34/10669