【时讯】浙大团队滴药水“长”出牙釉质，科学家将用它修自己的牙裂缝

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两年来，浙江大学学校医院、浙江大学医学院附属口腔医院陆续提供人牙标本，在接收这些标本的实验室实验的牙齿装满了碗 这颗牙的成果最终凝结在学术论文中 8月30日，国际学术杂志《科学进展》( science advance )在线上发行了《RePairoftoothenamelbyabiomimeticmineralization FrontierensuringePitaxialgrowth》 研究小组发明了仿生机器人，在牙釉质( enamel )的缺损上滴入2滴，在48小时内使缺损表面能为2.5微米的晶体修复层为“长”，其成分、微观结构和力学性能与天然牙釉质基本一致，与原组织和海 浙江大学化学系教授唐鹤康、化学系博士刘昭明是这篇论文的共同通讯作者，化学系博士邵鹄系第一作者 根据浙江大学的官网，刘昭明对团队这次的成果非常自信。 “我们使用和人体相同的材料，实现结构上的完全修复，和主体组织几乎一样。 德国著名的生物矿化学家、康斯坦茨大学的helmut cölfen教授也表示了很高的评价:这是我所知道的迄今为止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 人体最硬的“消耗品”的牙釉质，也被称为牙釉质，是牙齿最外层的组织，是哺乳动物体内最硬的组织，其莫氏硬度(利用矿物的相对划线硬度区分矿物硬度的基准)比钻石稍低，相当于水晶 成熟釉质的96-99%由无机矿物(主要是钙和磷)组成，其他是水和有机物，这种半透明物质的厚度约为2毫米左右 邵长鸾说，无机矿物含量达到96%的牙釉质与天然无机结晶矿物近似 其第一成分是羟基磷灰石结晶，其配置非常致密，纤维状纳米羟基磷灰石首先紧密凝聚形成直径约5微米的釉柱，然后这些釉柱进一步交叉排列，形成高度有序的分层结构，使釉质 正因为如此，人类才能用牙齿自由切割和研磨食物 但是，牙釉质的内部没有含有细胞的生物有机基质，观察到了不再生 当人类的牙齿从乳牙变成恒牙时，牙釉质处于持续消耗的不可逆过程 微生物从口腔内残留的食物中释放酸类和酸性饮料等时，牙釉质的消耗会加速 论文说，牙釉质的形成是生物发育过程的一部分，但成熟的牙釉质没有细胞，损伤后几乎无法自我修复 蛀牙、俗称蛀牙等牙齿疾病可以说是从牙釉质的“无防备”开始的 蛀牙也是世界上最常见的慢性疾病之一 目前临床常见的复合树脂、陶瓷等修补措施常用于“大洞”的修补 这次唐和康等人着眼于牙釉质的小面积缺损，修复时间也更早 至今其他实验室的科学家也尝试了仿生机器人的矿化，但由于牙釉质结构的增多和复杂性，过去无法比较有效地得到与天然牙釉质多级结构一致的大面积修复层，达不到临床应用要求，牙齿也无法实现修复 “理想的修复方法是材料、结构、力学性能三者的统一，而且应该可以实现原位修复。 ”刘昭明说 从“填补”时代开始“仿生再生”唐和康团队从生物成骨过程中得到了启发 2000年前后，随着观测手段的进步，科学家关注动物的成骨过程，“斑马鱼骨架的生长、海胆刺的生长，都是在非晶矿物层上实现晶体外延生长的过程。 ”刘绍明说 因此，研究小组提出了新的修复战略 他们提出根据hap (羟基磷灰石)和无定形磷酸钙( acp )的合理设计结构，模拟生物矿化的前端有可能诱导牙釉质的外延再生 小组迄今的研究表明，20纳米左右的acp粒子可以吸附或组装在牙釉质hap晶体上，但这些粒子不能诱导牙釉质晶体的外延生长 通常，粒子间结合和融合更容易以小尺寸发生 但是，能诱导hap生长的acp粒子的最小尺寸是多少？ 最近的研究发现，无论是大小0.95纳米的波斯原子簇( Posner’Sclusters )，还是几纳米大小的磷酸钙离子簇( cpics )，都是acp和hap的基本组成部分。 但是，这些超小离子簇本身极其不稳定，几秒钟就可以自发凝聚或成核 研究小组研究了一种新的磷酸钙簇( cpics ) 用滴管将富含磷酸钙簇的溶液滴在人工龋齿表面，放入模拟口腔唾液环境的溶液中 新的牙釉质在接下来的48小时内生长 “蛀牙的表面首先形成了仿生机器人的前端。 唐卓康表示，该仿生机器人完全结合在需要修补的牙釉质界面上，向下一个晶体的外缘生长，在羟基磷灰石上生长出类似釉柱结构的晶体，可以在特定方向上有序排列。 根据实验数据，48小时后，牙釉质的“长度”提高了2~3微米 另外，根据力学性能测试，得出的人工牙釉质的硬度和弹性模量与天然牙釉质的数值大致相同 形状上是“假乱真”，电子显微镜照片无法分辨人工修补痕迹，牙医也无法根据经验分辨修复前后的牙釉质 一个人的牙齿照片 左边的区域是未修复牙齿，右边的黄绿色区域是用材料修复的人的牙齿(颜色来自荧光标记物，用于区分两个区域) 两张插入图是修复前后的牙釉质扫描型电子显微镜图，白色刻度为1微米 研究小组认为，牙齿修复可以从“填补”时代带入“仿生再生”阶段。 有趣的是，唐和康本人的门牙有隐藏的裂缝 他积极建议未来自己做实验，开展仿生机器人矿化釉质修复的验证 但是研究小组强调，为了真正实现临床应用，该技术需要经历严格的动物实验和临床验证 “我们实现了天然牙釉质的结构原位修复，但牙齿缺损的形式很多，下一步需要比较不同的情况进一步开发修复模型，确保可控性和比较有效性。 ”邵长鹄说 (本文来自澎湃信息，越来越多的原始信息请下载《澎湃信息》app )