牙齿有缺损?两滴修补液“种”出牙釉质

令人痛苦的蛀牙,是从牙釉质的破坏开始的。

自恒牙长成的第一天起,人体牙釉质就在缓慢地消耗着,细菌酵解食物中的糖类物质释放出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,整颗牙就像失去了保护伞。

不久前,浙江大学化学系唐睿康教授团队发明一种仿生修补液,在牙釉质的缺损处滴上两滴,48小时内能在缺损表面“长”出2.5微米晶体修复层,其成分、微观结构和力学性能与天然牙釉质几乎一致,并与原有组织无缝连结,浑然一体。相关论文日前发表于《科学进展》杂志。

仿生矿化48小时实现再生

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。常见的补牙材料,例如复合树脂、陶瓷和汞合金等,发挥的大多是“填料”作用,适用于“大洞”修补,但对小缺小裂却填不进去,并且与天然组织之间也不能完全结合。

“牙釉质主要的成分是羟基磷灰石晶体,其排布非常致密,纤维状的纳米羟基磷灰石首先通过紧密聚集形成直径约5微米的釉柱,然后这些釉柱进一步交叉排列形成高度有序的层级结构,让牙釉质坚如磐石。”论文第一作者、浙大化学系邵长鹆博士介绍说,由于缺乏包括细胞在内的生物有机基质,牙釉质无法再生。

由于牙釉质结构的复杂性,过去无法有效获得与天然釉质多级结构一致的大面积修复层,达不到临床应用要求,也没能真正在牙齿上实现修复。论文通讯作者、浙大化学系刘昭明博士说,理想的修复方法,应该是材料、结构、力学性能三者的统一,而且能实现原位修复。

随着观测手段的进步,2000年前后,科学家得以观察到动物的成骨过程。

“斑马鱼骨骼的生长,海胆的刺的生长,都是一个在无定形矿物层上实现晶体外延生长的过程,我们发现,对牙的修复过程与生物的成骨过程非常类似。”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”时代带入到“仿生再生”阶段。

研究团队成员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,然后等待。

接下来的48小时里,虽然肉眼看不出任何变化,但事实上,牙齿表面已经发生了“翻天覆地”的变化——牙釉质长出来了。

“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的结合在需要修补的牙釉质界面上,同时能引导接下来晶体的实现外沿生长,让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。

以假乱真开展多样化修复

“我们用了与人体相同的材料,实现了结构性的完全修复,和本体组织几乎一模一样。”刘昭明对这一研究十分自信。

“真”到什么程度?邵长鹆第一次拿修复后的电镜照片给唐睿康看,唐睿康端详了半天,将信将疑:“这还是原来的牙吧,是不是修复材料脱落了?”

研究团队还进一步测试了修复材料的力学性能,实验人员用纳米压痕技术测试牙釉质修复层的力学强度。结果显示,长出来的人工牙釉质,其硬度和弹性模量与天然牙釉质的数值几乎相同。

“也就是说,我们不但在结构、外形上修复了,在力学性能上也实现了修复。”刘昭明说。

“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,确保该技术的可控与有效。”邵长鹆说。

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