科學家利用*的顯微鏡和化學檢測技術，以的原子分辨率揭示了人類牙釉質的結構組成，揭示了晶格模式和意想不到的不規則性。這一發現有助于更好地理解齲齒是如何發展的，以及如何預防齲齒。

這項工作提供了關于釉質原子構成的更詳細的信息，比科學家們之前知道的要多。這些發現可以拓寬科學家們增強牙齒抵抗機械力以及修復由于腐蝕和腐爛造成的損傷的思路和方法，。

盡管你的牙齒承受了咬、嚼和吃一輩子的壓力和緊張，但你的牙齒非常有彈性。牙釉質--人體中堅硬的物質--是造成這種耐力的主要原因。它的高礦物質含量使它的強度。牙釉質是牙齒的外層覆蓋物，有助于防止蛀牙。

根據世界衛生組織的數據，蛀牙是常見的慢性疾病之一，影響著*90%的兒童和絕大多數成年人。如果不及時治療，蛀牙會導致疼痛的膿腫、骨感染和骨流失。

當口腔中過量的酸侵蝕覆蓋在牙齒表面的牙釉質時，牙齒就開始腐爛了。長期以來，科學家們一直在尋找一個更完整的關于牙釉質在原子層面上的化學和機械特性的圖片，以便更好地理解--以及潛在地防止或逆轉--牙釉質的丟失。

為了在微小的尺度上測量牙釉質，研究人員使用了顯微鏡方法，如掃描透射電子顯微鏡(STEM)，它引導一束電子穿過一種材料來繪制它的原子組成。

STEM研究表明，在納米尺度下，牙釉質由緊密聚集的長方形晶體組成，其寬度大約比人的頭發還要小1000倍。這些微小的晶體主要是由一種名為羥基磷灰石的鈣和磷酸鹽礦物構成的。STEM研究和化學探測技術已經暗示了其他化學元素的數量要少得多，但是牙釉質容易受到高能電子束的破壞，因此無法在需要的分辨率水平上進行更*的分析。

為了定義這些小元素，西北大學的一組科學家使用了一種叫做原子探針斷層掃描的成像工具。通過從樣品中逐層移除原子，該技術提供了一種更精細的、逐個原子的物質視圖。西北大學的研究小組是早使用原子探針斷層掃描技術來探測包括牙齒成分在內的生物材料的研究小組之一。

早期的研究揭示了牙釉質的主要成分，這就像了解了一個城市人口的整體構成，但它并沒有告訴你在一個城市街區或一所房子里，事情是如何在當地范圍內運作的。原子探針斷層掃描給我們提供了更詳細的圖像。

科學家們使用原子探針斷層掃描和*的STEM技術以一種互補的方式來克服先前的技術限制。西北大學的研究人員與由Lena Kourkoutis博士領導的成像專家一起工作。Lena Kourkoutis博士是應用和工程物理學副教授，也是康奈爾大學國家材料科學用戶設施電子顯微鏡主管。在康奈爾大學，科學家們在極低的溫度下將超高速化學探測器與STEM結合，以大限度地減少牙釉質損傷，并收集更多詳細的化學數據。這些互補的方法使研究小組能夠在不同的分辨率下拼湊信息，從而更全面地了解牙釉質晶體的化學和結構特征。

結果表明，晶體由羥基磷灰石原子連續均勻的晶格構成。然而，晶格結構似乎散布著黑色的扭曲，尤其是在晶體的內層。

對核心的進一步觀察表明，這些缺陷是由微量元素的存在造成的。其中一種元素是鎂，它在核心的兩層中含量較高。中間區域也富含鈉、氟和碳酸鹽。核的側面是一個"殼"，其中的這些元素的濃度要低得多。

我們假設人類晶體的組成和嚙齒類動物的牙釉質相似，研究人員廣泛使用這種成分來了解人類的牙釉質。但事實并非如此--人類牙釉質的化學成分比我們想象的復雜得多。

科學家們懷疑由鎂層引入的不規則性導致了結晶中的應變區域。計算機模擬支持了他們的預感，預測核中的應力要比殼中的應力大。

壓力可能聽起來不好，但在材料科學中它可能是有用的，它可能使牙釉質整體更強。另一方面，這些壓力預計會使內核更容易溶解，這可能會導致牙釉質的侵蝕。

的確，當研究人員將結晶暴露在酸中--類似于在口腔中發生的情況--核比殼更容易受到侵蝕。進一步的建模和實驗以證實這些結果將是必要的，以及探索化學雜質引入的應力可能強化牙釉質使其更耐骨折的想法。該小組還計劃繼續使用這些方法來進一步了解酸是如何影響牙釉質的。

這一新的信息將使基于模型的牙釉質降解成為可能，這在以前是不可能的，可以幫助科學家們更好地了解齲齒是如何發展的。這一發現可能會帶來增韌牙釉質、防止或逆轉牙洞形成的新方法。