O novo esmalte dentário

Usamos nossa criatividade para simplesmente copiar algo que existe na natureza

Fernando Reinach*, O Estado de S.Paulo

04 Março 2017 | 03h00

Boa parte das tecnologias que hoje são o orgulho da humanidade existem nos seres vivos. A eletricidade corre nos nervos de quase todos os animais, enzimas catalisam reações químicas desde que a vida surgiu no planeta, e rodas giram em bactérias faz bilhões de anos. Quando descobrimos que uma criação nossa já existia nos seres vivos, nos orgulhamos de nossa criatividade. Mas outras vezes usamos nossa criatividade para simplesmente copiar algo que existe na natureza. É esse o caso de um novo material forte, resistente e leve, inspirado na estrutura do esmalte de nossos dentes.

Os dentes estão entre as estruturas mais resistentes já criadas. Milhões de anos depois da morte de um animal sobram os ossos e os dentes. E quando os ossos são degradados sobram os dentes. No dente, a parte mais resistente é o esmalte. O esmalte dentário é tão resistente, e uma solução tão boa, que tendo surgido muito cedo na evolução, nunca foi substituído. Dentes humanos, dentes de dinossauros, dentes de peixes, dentes de polvos e praticamente tudo que se parece com um dente possui um esmalte com praticamente a mesma estrutura. 

Se você examinar o esmalte dentário com um microscópio muito poderoso vai observar que ele é composto por um feixe de cristais alongados, parecidos com um feixe de lápis, cada um medindo milésimos de milímetro. Esses cristais, que são compostos de hidroxiapatita, estão sempre orientados na mesma direção. E o pequeno espaço que existe entre os cristais é preenchido por proteínas. Essa combinação de um material sólido organizado em feixes e intercalado por um material elástico (a proteína) é que garante que o dente seja extremamente duro e ao mesmo tempo muito difícil de esfarelar. A hidroxiapatita pura é muito rígida e dura, mas se você bater com um martelo ela esfarela. Isso não acontece com o esmalte dentário. Ele é duro, não esfarela, e é muito leve. Materiais com essas características são muito pesados, como as ligas de metais. 

Para copiar o esmalte, os cientistas usaram uma superfície lisa e sobre ela cresceram nanofilamentos de óxido de zinco. Cada um desses fios tem dois a três milésimos de milímetro de comprimento e 0,3 milésimos de milímetro de diâmetro. O resultado é parecido com um tapete desses nanofilamentos, na vertical, muito próximos um do outro (elementos equivalentes aos cristais de hidroxiapatita). Num passo seguinte, o espaço entre os filamentos foi preenchido por um polímero chamado polyallylamina, material com propriedades semelhantes à das proteínas que no esmalte fica entre os cristais de hidroxiapatita. Aí esse processo foi repetido novamente diversas vezes produzindo sucessivas camadas dessa estrutura. O resultado final, visto com um poderoso microscópio é muito semelhante ao do esmalte dentário. Mas existem duas diferenças. Apesar da semelhança de forma, os materiais são diferentes e o método de construção também. No caso do esmalte as proteínas são produzidas primeiro e a hidroxiapatita se forma depois. No caso desse novo material ocorre o contrário, os nanofilamentos são depositados primeiro e o enchimento é feito depois.

Feito o material os cientistas estudaram suas propriedades. O resultado foi melhor que o esperado. O material é leve como um dente, tão duro quanto e resistente ao esfarelamento quanto o esmalte dental. E o mais interessante, é que essas propriedades vêm da organização de dois componentes distintos em uma arquitetura muito semelhante à encontrada no esmalte dos dentes, não à composição dos dois componentes. É muito provável que nos próximos anos diferentes combinações de componentes sejam testadas e materiais com diferentes propriedades e custos sejam desenvolvidos. É uma nova avenida que se abre para a produção de materiais com características semelhantes àquele que possuímos em nossas bocas. 

Mais cedo ou mais tarde vamos encontrar esses materiais em raquetes de tênis, aeronaves e automóveis. Mas uma coisa é certa, o governo que financiou os cientistas que descobriram a estrutura do esmalte dentário no inicio do século XX jamais podia imaginar que iriam inspirar a criação de um novo material. É assim que caminha a humanidade.

MAIS INFORMAÇÕES: ABIOTIC TOOTH ENAMEL. NATURE VOL. 543 PAG. 95 2017

* É BIÓLOGO

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