Картирование механических свойств эмали человеческого моляра методом наноиндентирования

Механические свойства зубной эмали изучались во многих исследованиях. Первоначально считалось, что эмаль представляет собой более или менее однородный материал с равномерными механическими свойствами. В настоящее время общепризнано, что механическая реакция эмали зависит от её локализации, химического состава и ориентации эмалевых призм. В настоящем исследовании методом наноиндентирования картировали свойства эмали по аксиальному сечению верхнего второго моляра (M(2)). Локальные вариации механических характеристик сопоставляли с изменениями химического состава и микроструктуры по всей глубине и протяжённости образца. Для изучения изменений химического состава применяли микрозондовые методы, а микроструктуру исследовали с помощью сканирующей электронной микроскопии. Диапазон значений твёрдости (H) и модуля Юнга (E), выявленный в пределах одного зуба, оказался значительно шире, чем сообщалось ранее. На поверхности эмали H превышала 6 ГПа, а E — 115 ГПа; в области эмалево-дентинного соединения H была ниже 3 ГПа, а E — 70 ГПа. Эти вариации соответствовали изменениям химического состава, микроструктуры и ориентации эмалевых призм, однако наиболее тесно коррелировали с изменениями среднего химического состава эмали. Так, концентрации компонентов гидроксиапатита (P(2)O(5) и CaO) были максимальными на твёрдой жевательной поверхности и снижались по направлению к более мягкому эмалево-дентинному соединению. Для Na(2)O и MgO наблюдалась противоположная тенденция. Механические свойства эмали также различались на язычной и щёчной сторонах моляра. На жевательной поверхности эмаль на язычной стороне была твёрже и жёстче, чем на щёчной. Однако во внутренних слоях эмаль на язычной стороне была мягче и более податливой, чем на щёчной; эта вариация также коррелировала с различиями среднего химического состава и могла быть связана с функциональными различиями.