Un nuevo estudio ha descubierto un comportamiento raro en el material de los dientes del Atlantic wolffish. El hallazgo ayuda a explicar cómo sus dientes resisten repetidas fuerzas de mordida punitivas y podría orientar a los investigadores hacia nuevos diseños para materiales sintéticos más resistentes y resistentes.
El Atlantic wolffish es conocido por su potente mordida, capaz de aplastar presas con caparazón duro con facilidad. Ahora, los investigadores han descubierto que sus dientes no solo resisten estas fuerzas extremas, sino que responden de una manera que casi ningún tejido duro natural logra.
En un nuevo estudio dirigido por el profesor Ron Shahar, de la Escuela Koret de Medicina Veterinaria de la Universidad Hebrea, el equipo descubrió que los dientes contienen un material interno raro, la osteodentina, que en realidad se encoge en todas las direcciones cuando se comprime.
Este comportamiento inusual, conocido como auxetidad, nunca antes se había documentado en tejidos mineralizados de vertebrados.
Los materiales auxéticos, muy raros en materiales naturales, se han convertido en un objetivo de los materiales artificiales diseñados por el hombre, los llamados meta-materiales.
La mayoría de los materiales se expanden lateralmente cuando se comprimen a lo largo de su longitud. La osteodentina hace lo contrario. Cuando los investigadores aplicaron fuerza a lo largo del eje del diente, similar a las fuerzas naturales de mordida del Atlantic wolffish, el material se contraía de forma constante tanto lateral como longitudinalmente, un fenómeno correspondiente a materiales con “razón de Poisson negativa”. En los ocho dientes examinados, el equipo registró valores efectivos mayormente entre -1 y -2, un rango que rara vez se observa incluso en materiales de ingeniería.
Para documentar este comportamiento y revelar su mecanismo, los investigadores utilizaron tomografía avanzada por rayos X de contraste de fase combinada con correlación volumétrica digital, lo que les permitió crear mapas 3D detallados de cómo los dientes intactos se deforman bajo carga. Los resultados mostraron que la osteodentina se contrae uniformemente a lo largo de los tres ejes durante la compresión, una respuesta sorprendente y muy inusual.
El secreto parece residir en la estructura microscópica de la osteodentina: una red muy densa de canales orientados verticalmente de 10-20 micras de diámetro, que va desde la base del diente hasta la parte superior y se curva hacia afuera cerca de la superficie del diente. El equipo sugiere que esta arquitectura hace que las columnas mineralizadas entre los canales se doblen hacia dentro bajo presión, creando un mecanismo natural que aumenta la tenacidad y ayuda a prevenir las grietas.
“Nos sorprendió descubrir que la osteodentina se comporta de una manera que casi ningún otro tejido mineralizado natural lo hace”, dijo el profesor Shahar. “Su arquitectura interna permite al diente absorber cargas pesadas de forma segura y eficiente. La naturaleza ha diseñado esencialmente una estructura que protege al animal de las extremas exigencias mecánicas de su dieta, y esto podría inspirar futuros materiales sintéticos con una resiliencia similar”.
Aunque las pruebas de nano-indentación mostraron que los componentes mineralizados de la osteodentina tienen valores de rigidez similares a los del hueso, su arquitectura interna única parece ser lo que le otorga su notable rendimiento. Un comportamiento auxético similar en tejidos mineralizados solo se había observado anteriormente en dos especies de invertebrados: los dientes de lapa y el nacre.
Los investigadores creen que este fenómeno podría extenderse más allá del Atlantic wolffish, lo que sugiere que la auxeticidad podría ser una característica más amplia de la osteodentina en otras especies de peces. Más allá de ampliar la comprensión científica sobre cómo evolucionan los dientes para sobrevivir a un estrés mecánico extremo, el descubrimiento también ofrece un modelo poco común para diseñar materiales sintéticos que combinan resistencia, resistencia al daño y absorción de energía, propiedades muy codiciadas en aplicaciones de ingeniería y biomedicina.
El artículo de investigación titulado “Axially loaded whole teeth of Atlantic wolffish exhibit negative Poisson’s ratios due to their osteodentin microarchitecture”, fue publicado en acceso abierto y ahora está disponible en Acta Biomaterialia.
Investigadores:
Ron Shahar1, Senthil Thangadurai1, Alexander Rack2, Martha Majkut2, Paul Zaslansky3.
Instituciones:
1) Escuela Koret de Medicina Veterinaria, Facultad de Agricultura, Alimentación y Medio Ambiente, Universidad Hebrea de Jerusalem.
2) ESRF – Instalación europea de radiación sincrotrón, ID 19.
3) Departamento de Odontología Restauradora y Preventiva, Charit’e-Universitaetsmedizin.
