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由草食性動物之牙釉質探討具優異機械性質及磨潤功能之材料的微觀結構

為了解決conch shell horn for的問題，作者蔡依庭 這樣論述：

牙釉質是一種兼具高硬度、高耐磨性及高韌性的生物複合材料。本論文旨在探討草食性動物牙釉質的力學性能和微觀結構特徵，以了解生物礦物化材料具有一般工程材料無法比擬之既堅硬又富有韌性之特性的原因。草食性動物利用臼齒相互摩擦的研磨作用來將食物磨碎，其臼齒相較於雜食性動物及肉食性動物，更需要堅固且耐磨之機械性質來維持進食以滿足牠們的生存需求。本研究針對草食性動物牙釉質的表面硬度及牙釉質表面至EDJ的硬度梯度特徵進行探討，牙釉質的表面硬度可代表其在研磨過程中抵抗磨損的能力，從牙釉質表面至EDJ的硬度梯度特徵更提供了吸收能量的能力以防止牙齒受外力傷害造成的損傷，並由牙釉質中損失模數的分布探討礦物質含量對硬度

梯度的調控。透過與臺北市立動物園的合作，取得馬、雙峰駱駝、長頸鹿、臺灣野山羊、北非髯羊、斑哥羚羊、臺灣山羌、臺灣水鹿及臺灣梅花鹿等九種草食性動物的臼齒樣本。對臼齒樣本依序進行切割、鑲埋、研磨及拋光後，經由深度感測壓痕硬度量測技術的方法及機械物理性質係數圖來探索生物礦物化材料之物理機械的精緻微觀架構。並使用同步輻射的光源來檢測牙釉質的元素成分分布及含量，建立物理機械性質與成份含量之間的關係。本研究詳細探討了在草食性動物中，不一樣的食物類型對臼齒特性帶來影響。結果顯示，擁有高冠齒的草食性動物通常咀嚼較堅硬的食物且具有較高的表面硬度，例如牛科動物；而擁有低冠齒的草食性動物通常咀嚼較柔軟的食物且具有較

低的表面硬度，例如鹿科動物。草食性動物的壽命愈長會具有更厚的牙釉質，以足夠的牙釉質厚度堆疊來承擔研磨作用下臼齒的摩擦損耗。具有較高表面硬度及牙釉質厚度的草食性動物有相應較高之功能梯度臼齒硬度斜率，可有效轉移所受外力避免臼齒破損，而臼齒縱切面硬度斜率是受依有機物及無機物的比例分布調控之損失模數所控制。牙釉質中釉桿柱呈現交錯排列，並由蛋白質包裹在其周圍，由釉桿柱承受外部應力後再由蛋白質將其轉移消散，單位面積內釉桿柱數量愈少者其表面硬度愈小，因釉桿柱數量較少導致黏彈性質較不佳，故表面硬度不可太高，否則容易碎裂。草食性動物之牙釉質表面硬度、牙釉質至EDJ的硬度梯度及牙釉質厚度與牠們的飲食和壽命之間的相

關性，相較於本實驗室先前對草食性動物、雜食性動物及肉食性動物牙釉質的研究，於統計學意義上更具顯著意義，此現象可歸因於草食性動物進食所依賴的臼齒研磨作用導致之牙釉質機械性質的演變。本研究闡明了物種如何在演化過程中發展其臼齒之磨潤功能以適應飲食及壽命的需求，並為前瞻工程材料的開發提供指引。