牙齒有缺損?兩滴修補液“種”出牙釉質

江 耘

2019年09月16日09:13  來源:科技日報
 

 

  令人痛苦的蛀牙,是從牙釉質的破壞開始的。

  自恆牙長成的第一天起,人體牙釉質就在緩慢地消耗著,細菌酵解食物中的糖類物質釋放出酸以及酸性飲料都會加速它的消耗。一旦牙釉質的防線被突破,整顆牙就像失去了保護傘。

  不久前,浙江大學化學系唐睿康教授團隊發明一種仿生修補液,在牙釉質的缺損處滴上兩滴,48小時內能在缺損表面“長”出2.5微米晶體修復層,其成分、微觀結構和力學性能與天然牙釉質幾乎一致,並與原有組織無縫連結,渾然一體。相關論文日前發表於《科學進展》雜志。

  仿生礦化 48小時實現再生

  修復牙釉質,堪稱是仿生領域一項最“硬”的挑戰,科學家們沒有停止過嘗試。常見的補牙材料,例如復合樹脂、陶瓷和汞合金等,發揮的大多是“填料”作用,適用於“大洞”修補,但對小缺小裂卻填不進去,並且與天然組織之間也不能完全結合。

  “牙釉質主要的成分是羥基磷灰石晶體,其排布非常致密,纖維狀的納米羥基磷灰石首先通過緊密聚集形成直徑約5微米的釉柱,然后這些釉柱進一步交叉排列形成高度有序的層級結構,讓牙釉質堅如磐石。”論文第一作者、浙大化學系邵長鵒博士介紹說,由於缺乏包括細胞在內的生物有機基質,牙釉質無法再生。

  由於牙釉質結構的復雜性,過去無法有效獲得與天然釉質多級結構一致的大面積修復層,達不到臨床應用要求,也沒能真正在牙齒上實現修復。論文通訊作者、浙大化學系劉昭明博士說,理想的修復方法,應該是材料、結構、力學性能三者的統一,而且能實現原位修復。

  隨著觀測手段的進步,2000年前后,科學家得以觀察到動物的成骨過程。

  “斑馬魚骨骼的生長,海膽的刺的生長,都是一個在無定形礦物層上實現晶體外延生長的過程,我們發現,對牙的修復過程與生物的成骨過程非常類似。”唐睿康團隊提出了一種全新的修復策略,有望將牙修復從“填補”時代帶入到“仿生再生”階段。

  研究團隊成員將富含磷酸鈣團簇的溶液,用滴管滴在人工齲齒表面,隨后將其放入到一個模擬口腔唾液環境的溶液中,然后等待。

  接下來的48小時裡,雖然肉眼看不出任何變化,但事實上,牙齒表面已經發生了“翻天覆地”的變化——牙釉質長出來了。

  “齲齒的表面首先形成了一個仿生礦化前沿。”唐睿康說,這個仿生礦化前沿能完全的結合在需要修補的牙釉質界面上,同時能引導接下來晶體的實現外沿生長,讓羥基磷灰石長出類似於釉柱結構的晶體,並朝特定的方向有序排列。

  實驗測量顯示,48小時后,牙釉質“長”高了2—3微米。“也就是說,牙齒上長出了一種連續的材料,一個與原組織一模一樣、完全結合的生物結構。”邵長鵒說。

  以假亂真 開展多樣化修復

  “我們用了與人體相同的材料,實現了結構性的完全修復,和本體組織幾乎一模一樣。”劉昭明對這一研究十分自信。

  “真”到什麼程度?邵長鵒第一次拿修復后的電鏡照片給唐睿康看,唐睿康端詳了半天,將信將疑:“這還是原來的牙吧,是不是修復材料脫落了?”

  研究團隊還進一步測試了修復材料的力學性能,實驗人員用納米壓痕技術測試牙釉質修復層的力學強度。結果顯示,長出來的人工牙釉質,其硬度和彈性模量與天然牙釉質的數值幾乎相同。

  “也就是說,我們不但在結構、外形上修復了,在力學性能上也實現了修復。”劉昭明說。

  “雖然我們實現了天然牙釉質的結構性原位修復,但牙缺損形式繁多,下一步需要針對不同的情況進一步研發修復模型,確保該技術的可控與有效。”邵長鵒說。

(責編:趙竹青、喬雪峰)

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