2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16108In der bisherigen Förderperiode dieses DFG Projektes haben wir experimentell den Einfluss verschiedener hierarchischer Ebenen auf die mechanischen Eigenschaften von Zahnschmelz insbesondere durch mikromechanische Experimente unter Zug und Druck untersucht. Dabei konnten wir erstmals zeigen, dass es eine ausgeprägte mechanische Zug Druck Asymmetrie insbesondere bezüglich der Wirkung der hierarchischen Struktur gibt, die von den in der Literatur existierenden mechanischen Modellen nicht erfasst wird. Unsere Untersuchungen ergaben, dass unklar ist, welchen Anteil einerseits die hierarchische Struktur und andererseits die Kombination von hartem Hydroxylapatit mit ihn umgebenden weichen Proteinen an den außergewöhnlichen mechanischen Eigenschaften des Zahnschmelzes haben. Dies liegt wesentlich auch daran, dass es keine dreidimensionale Aufklärung der Struktur der Hydroxylapatit Nanofasern und Grenzflächen der Zahnschmelzprismen gibt. Ziel dieses Fortsetzungsantrages ist es deshalb, zu verstehen, ob die Anwesenheit von weichen Proteinen für das schadenstolerante Verhalten von Zahnschmelz notwendig ist, oder ob seine komplexe hierarchische Struktur entscheidender ist. Wir wollen dazu mikromechanische Experimente mit proteinhaltigem normalen Zahnschmelz mit Zahnschmelzproben, aus denen die Proteine entfernt wurden, vergleichen. Parallel dazu wollen wir FIB und TEM Tomographie einsetzen, um die 3D Struktur der Hydroxylapatit Nanofasern sowie die Grenzschicht zischen der Nanofasern und zwischen den Zahnschmelzprismen abzubilden. Wir erwarten, dass die Kombination der mikro und makromechanischen Experimente auf unterschiedlichen Hierarchieebenen gemeinsamen mit höchstauflösenden Strukturuntersuchungen, die zentrale Forschungsfrage dieses Projektes beantwortet. Ein sekundäres Ziel dieses Fortsetzungsprojektes ist es, zu verstehen, ob Zahnschmelz als nicht-lebendes Gewebe die Fähigkeit besitzt, Risse zu heilen, wozu es erste Hinweise in der Literatur gibt. Es ist verknüpft mit dem primären Ziel des Antrags und wird Erkenntnisse zur Funktion der Proteine liefern. Wir glauben, dass die Erkenntnisse aus diesem Projekt dazu beitragen können, um schadenstolerantere Dentalmaterialien und nicht-metallische Ingenieurswerkstoffe zu entwickeln.In the previous funding period of this DFG project we experimentally investigated the influence of the different hierarchical levels on the mechanical properties of dental enamel, in particular by using micromechanical experiments under tension and compression. We could reveal for the first time, that there exists a pronounced mechanical tension compression asymmetry especially in regard to the influence of hierarchy. This asymmetry has not been included in the existing theoretical micromechanical models yet. Notably our investigations showed that it is not clear, whether the hierarchical structure or the hard and soft combination of hydroxyapatite with its soft protein sheets is dominant for the exceptional mechanical properties of enamel. A major reason for this gap in understanding is, that there does not exist a 3 dimensional structural imaging of the structure of the hydroxyapatite nanofibers and the interfaces between the enamel prisms. The objective of this renewal proposal is therefore to understand, whether the presence of soft proteins is necessary for the damage tolerant behavior of dental enamel, or whether its complex hierarchical structure is more essential. In order to reveal that we want to compare mechanical experiments with enamel samples with and without proteins. In parallel we want to use TEM tomography to image the 3D structure of the hydroxyapatite nanofibers, their interfaces and FIB-tomography to image the interfaces of the enamel prisms. We expect, that the combination of the micro- and macromechanical experiments on different hierarchical levels together with high resolution imaging will allow answering the central scientific question of this project. A secondary objective of this renewal proposal is to understand, whether dental enamel as a non living tissue has the ability of crack healing, as indicated in one publication. It is related to the first objective of this proposal and will elucidate the role of proteins in enamel. Finally we think that the findings of this project will contribute in developing better and novel dental materials and non-metallic engineering materials.