Con nueva técnica logran imitar estructura de un diente humano

Hay pocas estructuras más duras y duraderas en la naturaleza que los dientes o conchas marinas. El secreto de estos materiales radica en su estructura fina única: se componen de diferentes capas en las que numerosas micro-plaquetas se unen entre sí, alineados en idéntica orientación.

Aunque existen métodos que permiten a los científicos de materiales imitar el nácar, siempre fue un reto crear un material que imite a toda la concha, con sus propiedades y complejidad estructural.

Ahora un grupo de investigadores dirigidos por André Studart, Profesor de Materiales Complejos, ha desarrollado un nuevo procedimiento que imita el modelo natural casi a la perfección. Los científicos fueron capaces de producir un material resistente, de múltiples capas basado en el principio de la construcción de los dientes o conchas marinas, con lo que se compara muy bien. Los investigadores lograron, por primera vez, preservar múltiples capas de micro-plaquetas con diferentes orientaciones en una sola pieza.

Es un procedimiento que los investigadores llaman magnetically assisted slip casting (MASC). Según los estudiosos, este nuevo procedimiento se basa en una técnica de 100 años de edad que se ha combinado con procedimientos de la investigación en materiales modernas.

Una técnica de 100 años de edad

La técnica MASC se inicial con la creación de un molde de yeso que sirve como guía. En este molde se vierte una suspensión que contiene las plaquetas cerámicas magnetizadas de óxido de aluminio. Los poros del molde de yeso absorben lentamente el líquido de la suspensión haciendo que el material se solidifique y endurezca desde el exterior.

Luego, los científicos crean una estructura de capa mediante la aplicación de un campo magnético durante el proceso de fundición, así cambian su orientación a intervalos regulares. Mientras el material permanece en estado líquido, las plaquetas cerámicas se alinean con el campo magnético. En el material solidificado, las plaquetas conservan dicha orientación.

Esta composición de la suspensión y la dirección de las plaquetas mediante un proceso continuo, pueden ser utilizadas para producir materiales con múltiples capas y diferentes propiedades en un solo objeto. Esto crea materiales complejos que son imitaciones casi perfectas de sus modelos naturales, tales como el nácar o el esmalte de los dientes.

Con esta técnica se logra objetos similares a la impresión en 3D, sólo que 10 veces más rápido y mucho más rentable, indicaron los investigadores.

Dientes artificiales

Para demostrar el potencial de la técnica MASC, el grupo de investigación produjo un diente artificial con una microestructura que imita la de un diente real. La superficie del diente artificial es tan dura y estructuralmente compleja como un diente real, mientras que la capa por debajo es más suave, al igual que la dentina del modelo natural.

Comenzaron creando el molde de yeso de una muela del juicio humano. Luego llenaron este molde con una suspensión que contiene las plaquetas de óxido de aluminio y nanopartículas de vidrio en un mortero. Con el uso de un imán alinearon las plaquetas perpendicularmente a la superficie del objeto. Una vez que la primera capa se secó, los científicos vertieron una segunda suspensión en el mismo molde. Esta suspensión, sin embargo, no contenía partículas de vidrio. Las plaquetas de óxido de aluminio en la segunda capa fueron alineadas horizontalmente a la superficie del diente usando el imán.

Esta estructura de doble capa fue luego calentada a 1.600 grados con el fin de comprimir y endurecer el material: el término sinterización se utiliza para este proceso. Por último, los investigadores llenaron los poros que quedaron después de la sinterización con un monómero sintético utilizado en odontología, que posteriormente se polimeriza.

Los dientes artificiales se comportan igual que los dientes reales

Los investigadores quedaron contentos con el resultado, puesto que el perfil de dureza y tenacidad obtenida del diente artificial se corresponde exactamente con la de un diente natural, señalaron. Este procedimiento y el material resultante están listos para aplicaciones en odontología. Pero destacan que el estudio actual es sólo una prueba de concepto, lo que demuestra que la estructura fina natural de un diente se puede reproducir en el laboratorio.

La investigación ha sido liderado por André Studart, Profesor de Materiales Complejos, Department of Materials, ETH Zürich, Switzerland.