人体牙齿修复实验
牙釉质是人体内最坚硬的天然生物材料，保证我们的牙齿在吃坚硬的食物时不会轻易受损。 然而，牙釉质一旦受损，修复就成了一大难题。 在《 》发表的最新研究中，浙江大学化学系教授唐瑞康领导的研究团队发明了一种仿生修复液：在牙釉质缺损区域滴两滴，48内即可修复缺损小时。 “生长”出一层晶体修复层，其成分、微观结构和力学性能与天然牙釉质几乎相同，并与原有组织无缝连接。 这项研究有望将牙齿修复带入“仿生再生”阶段。
“最难”的挑战
牙釉质是覆盖在牙齿表面的半透明物质，厚度约为2毫米，无机矿物质含量高达96%。 作为人体中最坚硬的天然生物材料，其硬度甚至高于钢铁。
论文第一作者邵长雨博士介绍了牙釉质如此坚硬的原因。 牙釉质类似于一层天然无机晶体矿物质。 主要成分是羟基磷灰石晶体，排列非常密集：纤维状纳米羟基磷灰石首先紧密聚集，形成直径约5微米的釉质柱钢材修补剂，然后这些釉质柱进一步纵横交错，形成高度有序的分层结构这使得牙釉质坚硬如磐石，使我们能够轻松地切割和研磨食物。
牙釉质作为高度矿化的生物组织，几乎可以认为是纯无机物质，由于缺乏包括细胞在内的生物有机基质而无法再生。 从恒牙生长的第一天起，牙釉质就慢慢消耗。 口腔细菌发酵糖和酸性饮料时释放的酸会加速其消耗。 一旦牙釉质的防线被突破，整个牙齿就失去了保护伞。 蛀牙给许多人带来噩梦和疼痛，它始于牙釉质的破坏。
修复牙釉质是仿生学领域最艰巨的挑战之一，科学家们从未停止过尝试。 常见的牙科填充材料，如复合树脂、陶瓷、汞合金等，主要起“填充物”作用，适合修复“大洞”。 然而，它们无法填充细小的间隙和裂缝，也无法与天然组织完全结合。 。 所以补牙后医生会告诉你补牙后不要咬螃蟹、吃核桃。
在其他实验室，科学家们也尝试了仿生矿化方法。 但由于牙釉质结构复杂，一直无法获得与天然牙釉质多层次结构一致的大面积修复层。 因此，不能满足临床应用的要求，不能真正修复牙齿。
“理想的修复方法应该统一材料、结构和力学性能钢材修补剂，并能够实现原位修复。” 论文共同通讯作者刘兆明博士说。
两滴修复液就能“长出”牙釉质
在最新研究中，唐瑞康团队提出了全新的修复策略，有望将牙齿修复从“填充”时代带入“仿生再生”阶段。
研究小组用滴管将富含磷酸钙簇的溶液滴在人工龋齿表面，然后将其放入模拟口腔唾液环境的溶液中。 在接下来的48小时内，虽然肉眼看不到任何变化，但通过扫描电子显微镜，研究人员发现牙齿表面发生了“巨大”的进步——牙釉质又长回来了。
人类牙釉质在不同再生阶段（6小时、12小时和48小时）的扫描电子显微镜图像。 蓝色区域为天然珐琅，绿色区域为修复珐琅。 黑色刻度为1微米。
“龋齿表面首先形成仿生矿化前沿。” 唐瑞康表示，这种仿生矿化前沿可以与需要修复的釉质界面完全结合，同时引导晶体实现外缘生长，让羟基磷灰石像晶体一样基于釉柱结构生长并有序化。在一个特定的方向。 实验测量表明，48小时后，牙釉质“长”高了2至3微米。 “换句话来说，牙齿上长出了一种连续的材料，一种与原始组织一模一样、完全整合的生物结构。” 邵长雨说道。
刘兆明说，2000年前后，随着观测手段的进步，科学家已经能够观察到动物的成骨过程。 “斑马鱼骨骼的生长和海胆刺的生长都是在非晶态矿物层上实现的。 通过晶体外延生长的过程，我们发现我们的牙齿修复过程与生物骨形成过程非常相似。”
在临床医生眼中，这几乎是最接近临床应用的实验室产品。 德国著名生物矿物化学家、康斯坦茨大学Clfen教授也评价道：“这是迄今为止我所知道的最好的牙釉质修复材料，临床上有望真正实现牙釉质的原位修复。”
最正宗的牙釉质
“我们使用了与人体相同的材料，实现了完整的结构修复，与原始组织几乎完全相同。” 刘兆明对这项研究非常有信心。
一颗人类牙齿的照片。 左边的黑色区域是未修复的牙齿，右边的黄绿色区域是用我们的材料修复的人类牙齿（颜色是通过荧光标记生成的，以区分两个区域）。 插入的两张图片是修复前后牙釉质的扫描电子显微镜照片。 白色刻度为1微米。
它有多“真实”？ 邵长河分享了他研究中的趣闻：当他第一次给唐教授看修复后的电子显微镜照片时，唐教授看了半天，疑惑道：“这还是原来的牙齿吗？修复材料脱落了吗？” ？”没有任何解释，邵长宇又回去做实验了。 这次，他建立了一个对照组，将整个牙齿分成两部分。 一半滴上修复液，修复液中加入荧光指示剂。 这样一来，证据就充分了：虽然电子显微镜图像无法识别人工修复的痕迹，但荧光剂却标明了修复的具体位置。 确实，人造牙釉质已经达到了“以假乱真”的效果。 即使是牙医也无法通过现有经验区分修复前后的牙釉质。
该研究还进一步测试了修复材料的机械性能。 实验人员利用纳米压痕技术来测试牙釉质修复层的机械强度。 结果表明，生长的人造牙釉质的硬度和弹性模量与天然牙釉质几乎相同。 “也就是说，我们不仅修复了结构和外观，还修复了力学性能。” 刘兆明说道。
无独有偶，唐瑞康本人的门牙也出现了裂纹。 牙医表示，裂纹太细，目前的医疗方法无法修复。 这项研究取得进展后，唐教授主动在自己身上进行实验，验证仿生矿化牙釉质的修复作用。 到那时，科学家们将再次开始“长牙”。
当然，如果要真正应用于临床，这项技术还需要经过严格的动物实验和临床验证。 “虽然我们已经实现了天然牙釉质的结构性原位修复，但牙齿缺损的形式有很多种。下一步是进一步开发针对不同情况的修复模型，以确保可控性和有效性。” 邵长雨说道。
