เคลือบฟันไม่ได้เรียบอย่างที่เห็น ใต้กล้องกลับเต็มไปด้วยแท่งผลึกจิ๋วนับล้าน

ฟันที่ดูเรียบเงา แท้จริงแล้วซ่อนโครงสร้างอันน่าทึ่งเอาไว้

ลองสังเกตผิวฟันของตัวเองในกระจก สิ่งที่เห็นคือพื้นผิวสีขาวเรียบ แข็ง และแทบไม่มีตำหนิ หลายคนจึงนึกว่าเคลือบฟันเป็นแผ่นแข็งชิ้นเดียวที่หุ้มฟันเอาไว้ทั้งหมด แต่เมื่อใช้กล้องจุลทรรศน์กำลังขยายสูงสำรวจลงไป ภาพที่ปรากฏกลับแตกต่างจากที่ตาเห็นโดยสิ้นเชิง

แท่งผลึกเล็กจิ๋วที่สร้างเกราะให้ฟัน

เคลือบฟันหรือ Enamel เป็นเนื้อเยื่อที่แข็งที่สุดในร่างกายมนุษย์ ส่วนประกอบหลักคือแร่ธาตุไฮดรอกซีอะพาไทต์ ซึ่งไม่ได้กระจายตัวแบบไร้ทิศทาง แต่รวมตัวกันเป็นผลึกขนาดเล็กมาก มีรูปร่างคล้ายแท่งหกเหลี่ยม แล้วเรียงตัวแน่นเป็นมัด ๆ เกิดเป็นโครงสร้างที่เรียกว่า Enamel Rod หรือ Enamel Prism แต่ละแท่งมีขนาดเพียงไม่กี่ไมโครเมตร ทว่าภายในฟันหนึ่งซี่กลับมีอยู่มหาศาลจนแทบนับไม่ถ้วน

ถ้ามองภาพขยาย จะให้ความรู้สึกคล้ายเสาหินจำนวนมหาศาลตั้งชิดกันเป็นระเบียบ ทุกแท่งช่วยแบ่งรับแรงจากการกัดและการเคี้ยวอาหาร แทนที่จะปล่อยให้แรงทั้งหมดตกลงบนจุดเดียว จึงทำให้เคลือบฟันรับแรงได้ดีอย่างน่าประหลาด แม้จะมีความหนาเพียงไม่กี่มิลลิเมตรก็ตาม

ความแข็งของเคลือบฟัน ไม่ได้เกิดจากแร่เพียงอย่างเดียว แต่เกิดจากวิธีการเรียงตัวของผลึกด้วย

เรียงตัวอย่างมีแบบแผน ไม่ใช่สุ่มไปเรื่อย

ผลึกแต่ละแท่งไม่ได้ตั้งตรงทั้งหมด แต่มีการโค้ง เลี้ยว และสลับทิศทางเล็กน้อยตามตำแหน่งของฟัน การจัดเรียงลักษณะนี้ช่วยลดการลามของรอยร้าว หากเกิดแรงกระแทก รอยแตกจะไม่สามารถวิ่งเป็นเส้นตรงได้ง่าย ทำให้ฟันมีโอกาสแตกหักน้อยลง ถือเป็นการออกแบบที่ธรรมชาติใช้เวลาวิวัฒนาการมายาวนาน

นักวัสดุศาสตร์หลายคนยังนำแนวคิดนี้ไปศึกษาเพื่อพัฒนาวัสดุที่ต้องรับแรงสูง เพราะโครงสร้างแบบรวมแท่งผลึกเล็กจำนวนมากให้ประสิทธิภาพดีกว่าการสร้างวัสดุแข็งเป็นก้อนเดียวในหลายสถานการณ์

แข็งมาก แต่ซ่อมตัวเองแทบไม่ได้

แม้เคลือบฟันจะเป็นเนื้อเยื่อที่แข็งที่สุดในร่างกาย แต่ก็มีข้อเสียสำคัญ คือไม่มีเซลล์มีชีวิตอยู่ภายใน เมื่อสึกกร่อนหรือแตกหายไป ร่างกายไม่สามารถสร้างเคลือบฟันใหม่ให้กลับมาเหมือนเดิมได้ การแปรงฟันแรงเกินไป การดื่มเครื่องดื่มที่มีกรดบ่อย ๆ หรือการกัดของแข็งเป็นประจำ จึงค่อย ๆ ทำให้ชั้นเคลือบฟันบางลงโดยไม่รู้ตัว

แร่ธาตุบางส่วนยังพอฟื้นคืนได้ผ่านกระบวนการรีมิเนอไรเซชัน หากความเสียหายยังไม่รุนแรง โดยอาศัยแร่จากน้ำลายและฟลูออไรด์เข้าช่วยเติมเต็ม แต่ถ้าโครงสร้างผลึกพังจนเป็นโพรงแล้ว จำเป็นต้องอาศัยการรักษาทางทันตกรรมเท่านั้น

เรื่องเล็กที่ซ่อนความมหัศจรรย์

ทุกครั้งที่เรากัดอาหาร แข็งเพียงใดก็ตาม แท่งผลึกจิ๋วนับล้านในเคลือบฟันกำลังแบ่งหน้าที่รับแรงแทนเราอย่างเงียบ ๆ สิ่งที่ตาเห็นว่าเป็นเพียงผิวสีขาวเรียบ ความจริงแล้วคือสถาปัตยกรรมระดับจุลภาคที่ซับซ้อนและแข็งแรงอย่างเหลือเชื่อ ถือเป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของการออกแบบจากธรรมชาติที่ทั้งเรียบง่ายและทรงประสิทธิภาพจนยังเป็นแรงบันดาลใจให้วงการวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมมาจนถึงทุกวันนี้