İNSAN DİŞİNİN NANOMETRİK DEFORMASYONU
Wiezmann Enstitüsü Yapisal Biyoloji Bölümü’nden Prof. Steve Weiner Bogaziçi Üniversitesi Biyo-Medikal Mühendisligi Enstitüsü’nün davetlisi olarak “Disin Deformasyonu” baslikli bir konusma yapti
Biyo-mineralizasyonminerallerin organizmalarca olusturulmasi konusunda uzman olan Weiner
On Biomineralization adli kitabin es-yazari. Weiner ve ark. nin uzun vadeli amaci biyo-mineralizasyonun degisik organizmalarca kullanilan mekanizmalarini ve mineralize olmus dokularin yapi-islev iliskilerini anlamak. Bu amaçla
kontrollü mineral olusumunu mollusk
ekinoderm
süngerler
bitkiler ve omurgalilar üzerinde yapi-islev iliskisi
matriks biyokimyasi ve dogal dokularin mineral süreçleri açisindan inceleyerek
biyolojik mekanizmalari aydinlatacak in-vitro deneyler yapiyorlar.
Dünyada organizmalarca olusturulan yaklasik 70 farkli mineral çesidi bulunuyor. Bu mineraller genetik olarak belirlenmis karmasik sekilleri alarak ve çogunlukla dizinler olusturarak organizmanin ekzo- ve endo- iskeletlerinin mekanik görevlerinin yerine getirilmesiorganizmanin dünyanin manyetik alaninda ilerlemesi
yer çekimi alaninda dogrultusunu bulmasi
geçici depolama yapabilmesi
yumusak dokularin sertlesmesi
vs. gibi farkli islevleri yerine getirmekteler. Mineralize olmus dokular siklikla mekanik islevleri olan grift hiyerarsik yapilar olusturuyorlar. Yasam boyu özellikle disler ve kemikler zorlu mekanik görevler yerine getirmek zorundalar. Bu nedenle bu organlarin yapi-islev ayarlari doga tarafindan hassasiyetle yapiliyor.
Akilli Malzeme Olarak D
Disi olusturan mine ve dentin yapilari farkli malzemeler olmalarina ragmen birlikte çok basarili bir sekilde çalismaktalar. Dis minesinin çubuk demetleri halindeki kristallerinin agirliginin %1’i organik maddeden olusmaktaykendentin
agirliginin %20’sini olusturan kolajen fibrillerinin içinde katmanlar halinde düzenlenmis küçük kristal plakalardan olusmaktadir. Dis minesinin ve dentinin içerdikleri maddeler disin farkli bölgelerinin malzeme özelliklerinin de birbirlerinden farklilasmasini saglamaktadir. Disin diaaa kesitinin degisik noktalarinin sertligi incelendiginde
sertligin minede yüksek oldugunu
mine-dentin birlesim noktasinda düsüs gösterdigini
dentin bölgesinde sertligin yeniden arttigini görürüz.
Insan disinin yapi–islev iliskisi ve çigneme sirasinda disin maruz kaldigi basma kuvveti karsisinda olusan deformasyon ve gerinim haritasi holografik yöntemler ve Benek Örüntü Girisim Ölçer (ESPI) kullanarak nanometrik çözünürlükte görüntülenebiliyor. Bu çalismalar sonucunda disin degisik noktalarindaki elastik büyüklüklerin ayni ya da simetrik olmadigi3 boyutlu olarak incelenen nanometrik deformasyon haritalarinda disin anisotropisi
yani degisik eksenlerde disin sergiledigi malzeme özelliklerinin farkliligi görülmektedir. Örnegin
disin yanaga bakan yüzünün mine ve dentinden olusan kesitinin ortalama elastik büyüklügü 3.5GPa iken
dile bakan yüzünde ortalama elastik büyüklük 9.7GPa oluyor.
Ayricadisin sert ve yumusak yiyecege verdigi yanit
yumusak yiyecegin disle temas ettigi alanin büyük olmasi
buna karsin sert yiyecegin disin sadece ufak bir bölgesiyle temasta olmasi nedeniyle farklilik gösteriyor. Diste herhangi bir yükleme sonucunda olusan deformasyon
bagil deplasman büyüklükleri saptanarak gösterilebiliyor. Yüklemeye verilen dönme (rotasyon) yaniti
koni seklinde bir büyüklük farki olustururken
eksen yönünde görülen deplasmanlar V seklinde görüntülenen büyüklük farki yaratiyor.
Deneyler sonucunda elde edilen bulgular disin yapisal özelliklerinin sergilenmesi açisindan çok ilginç: sert yiyecek deneylerinde dis minesinde daha çok dönme (rotasyon) hareketi olduguyumusak yiyecek deneylerindeyse dis etine yakin bir bölgede yüksek stres olustugu görülüyor ki
bunun dis hastaliklarinin çogunlukla basladigi noktada olmasi oldukça çarpici bir olgu. Deneylerde minimum miktarda hareketin görüldügü bir baska nokta var ki
bu da iki disin birbirlerine temas ettikleri noktaya denk geliyor; yani
bu özellik çigneme sirasinda disi korumaya yariyor. Bu özellikleriyle dis
uygulanan yükü yapisina zarar vermeden dagitabilmek üzere tasarlanmis akilli bir kompozit malzeme. Örnegin
dis minesi ile dentin bölgesi arasinda bulunan yumusak doku hem mineye hem de dentine göre daha çok deforme olarak soku adeta kendi içinde emiyor
Bu çalismalarin sonucundadisin
malzeme özelliklerini bozmadan yükü dagitmak amaciyla gelistirdigi bir çok yapisal tasarimlari oldugu
dis minesinin yüksek elastik büyüklüge sahip ama deforme olabilen bir kapsül olarak düsünülebilecegi
çigneme sirasinda olusan yükün büyük kisminin mine ile dentin arasindaki yumusak bölgede deformasyona neden oldugu söylenebilir