修复牙釉质,堪称是仿生领域一项最“硬”的挑战,科学家们没有停止过尝试。

牙釉质是人体中最硬的天然生物材料,确保我们在进食坚硬的食物时不易磕坏牙齿。然而,一旦遭到破坏,牙釉质的修复成为一大难题。在一项发表于《科学·进展》的最新研究中,浙江大学化学系教授唐睿康带领的研究团队发明出一种仿生修补液:在牙釉质的缺损处滴上两滴,就能在48小时内“长”出成分、微观结构和力学性能与天然牙釉质几乎一致的晶体修复层,并与原有组织无缝连结。这项研究,有望将牙齿修复带入“仿生再生”阶段。

最“硬”的挑战牙釉质是包裹于牙齿表面的半透明物质,厚度约为2毫米,其无机矿物含量高达96%。作为人体中最硬的天然生物材料,其硬度甚至高过钢材。牙釉质作为高度矿化的生物组织,几乎可被视为纯无机物,由于缺乏包括细胞在内的生物有机基质,因此无法再生。自恒牙长成的第一天起,牙釉质就在缓慢地消耗着,口腔细菌酵解糖类释放出的酸以及酸性饮料都会加速它的消耗。一旦牙釉质的防线被突破,整颗牙就失去了保护伞。让很多人噩梦般痛苦的蛀牙,都是从牙釉质的破坏开始的。修复牙釉质,堪称是仿生领域一项最“硬”的挑战,科学家们没有停止过尝试。两滴修补液,“长”出牙釉质在最新的研究中,唐睿康团队提出了一种全新的修复策略,有望将牙修复从“填补”时代带入“仿生再生”阶段。研究团队将富含磷酸钙团簇的溶液,用滴管滴在人工龋齿表面,随后将其放入到一个模拟口腔唾液环境的溶液中。接下来的48小时,虽然肉眼看不出任何变化,但通过扫描电镜,研究者发现牙齿表面已经出现了“翻天覆地”的进展——牙釉质长出来了。

不同再生时期,人牙釉质的扫描电镜图片(6小时,12小时和48小时)。蓝色区域是天然牙釉质,绿色区域是修复后的牙釉质。黑色标尺为1微米。

“龋齿的表面首先形成了一个仿生矿化前沿。”唐睿康说,这个仿生矿化前沿能完全结合在需要修补的牙釉质界面上,同时引导晶体实现外沿生长,使得羟基磷灰石长出类似于釉柱结构的晶体,并朝特定的方向有序排列。实验测量显示,48小时后,牙釉质“长”高了2~3微米。“也就是说,牙齿上长出了一种连续的材料,一个与原组织一模一样、完全结合的生物结构。”邵长鹆说。在临床医生看来,这几乎是目前最接近临床应用的实验室产品。德国著名生物矿化学家、康斯坦兹大学HelmutC?lfen教授也评价说:“这是我所知道的迄今为止最好的牙釉质修复材料,有望在临床上真正实现牙釉质的原位修复。”最真牙釉质

单颗人牙的照片。左边黑色区域为未修复的牙,右侧黄绿色区域为用我们材料修复后的人牙(颜色是由荧光标记物产生,用于区分两个区域)。两张插入图是修复前后的牙釉质扫描电镜图,白色标尺为1微米。

“真”到什么程度?邵长鹆分享了研究中的一件趣事:当他第一次拿修复后的电镜照片给唐教授看时,唐教授端详了半天,将信将疑:“这还是原来的牙吧,是不是修复材料脱落了?”没多解释,邵长鹆回去重新做实验。这一次,他建立了对照组,把整颗牙分为两部分,其中一半滴上修补液并修补液里添加了荧光指示剂。这样一来,证据充分了:虽然电镜图辨别不出人工修补的痕迹,但荧光剂指示了修补的具体位置。确实,人工牙釉质已达到了“以假乱真”的效果,即便是牙医也不能通过已有的经验分辨出修复前后的牙釉质。当然,如果要真正实现临床应用,该项技术还需经历严格的动物实验和临床验证。“虽然我们实现了天然牙釉质的结构性原位修复,但牙缺损形式繁多,下一步需要针对不同的情况进一步研发修复模型,确保可控与有效。”邵长鹆说。来源:文汇网

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