（原）材料视角 | 两滴药水修复牙齿
初原载于 工大材料汇 2019-11-28
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两滴药水修复牙齿
——仿生材料的新发现
滴上两滴药水，牙齿就能被修复？这不是科幻小说！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，让你在48小时内“长”出牙齿。
Part 1
牙釉质有多硬？
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。资料显示，牙釉质的摩氏硬度（一种相对硬度的表示方法）比金刚石略低，与水晶相当，是人体中最硬的天然生物材料，其硬度甚至高过钢材。
牙釉质为何如此坚硬？牙釉质近似于一层天然的无机晶体矿物，主要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，于是我们能够自如地切割、研磨食物。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，然而我们的牙釉质却在被不断地消耗着。传统的补牙材料，如复合树脂、陶瓷等，并不能和天然组织间完全结合。因此，研究出能够完美修复牙釉质的材料，成为一个重大的挑战。
Part 2
两滴修补液“长”出牙釉质
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。接下来的48小时里，虽然肉眼看不出任何变化，但牙齿表面已经长出了牙釉质。
龋齿的表面首先形成了一个仿生矿化前沿——即生物体将离子转变为固相矿物。生长边界处的仿生矿化发生在一个完整的晶态-非晶态界面:晶态矿物相被其非晶态相(前体)包覆，以确保连续的外沿结构。这个仿生矿化前沿能完全地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外沿生长。研究团队提出的一种新型的磷酸钙离子团簇，它是通过可移动的小有机分子来稳定的，它可以建立一个仿生晶态-非晶态矿化边界，在精确维持原有结构复杂性的前提下诱导牙釉质外沿生长，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。
Part 3
长出来的牙齿有多真？
修复后的牙齿和本体组织几乎一模一样，实现了结构性的完全修复。
经过对照实验，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。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。
Part 4
展望
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Helmut Cölfen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。”
研究团队认为，该研究有望将牙修复从“填补”时代带入到“仿生再生”阶段。不过，研究团队强调，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。
磷酸钙团簇在未来医学上的应用也是值得期待的。
本期问题：
问题1：神奇的药水成分是什么？它能让羟基磷灰石长什么样的晶体？
答案：磷酸钙团簇；让羟基磷灰石长出类似于釉柱结构的晶体
问题2：传统的龋齿修复方法有哪些？有什么缺点？
精选留言1：
银汞充填
优点是便宜。缺点是由于其颜色为金属色，不能用于前牙；由于银汞合金收缩，与牙齿间没有粘接力，补牙的边缘不密合，长期使用可能会在银汞和牙齿交界处再次发生虫牙。
树脂充填
优点是与牙齿颜色接近。缺点是由于在变硬的过程中收缩，只能应用于较小的虫牙补牙。如果虫牙的洞很大，或者涉及到了牙齿的邻面，从长远考虑，树脂补牙就不是那么合适了。容易破损，折裂。导致再发虫牙或者塞牙等。
嵌体修复
对于很大的牙齿虫牙的缺损，比较理想的修复方法是用嵌体来恢复缺损的牙齿。它可以很好的恢复牙齿的外形和功能。尤其是对虫牙破坏到牙齿邻面的牙洞，长久效果会更好。
嵌体修复并不是新鲜的牙体修复方法，在美国、韩国等地都使用的很普遍，嵌体按照材料的分类又可以分为金合金嵌体、树脂嵌体、瓷嵌体等三种。
1、金嵌体
在所有的修复体中，金嵌体是最耐久的修复。因此，牙科医师一般会选择金嵌体的牙齿。然而，由于美观的原因，许多患者拒绝使用金修复体
2、树脂嵌体
树脂嵌体比直接的树脂补牙有一个特别大的优点，就是它的形成是在口腔外制作完成的。收缩较小。与瓷嵌体相比，美学方面毫不逊色，比瓷嵌体对牙齿磨损小，更加有利于保护对颌牙齿，并且操作简单，比瓷嵌体便宜。
缺点是：耐磨性还是不如瓷嵌体如果需要较大咬合力，用它仍然不合适。
3、瓷嵌体
瓷嵌体是现有嵌体中美观性最好的。缺点就是比较硬，对对颌牙持有磨损。
---------路，一直都在
精彩留言2：
龋齿修复方法
（一）药物治疗 药物治疗是在磨除龋坏的基础上，应用药物抑制龋病发展的方法。常用药物包括氨销酸银和氟化钠等。
•缺点：目前只用于少数情况；不能恢复牙齿的外形。
（二）坏组织充填法 是治疗龋坏组织最常用的方法。对已形成实质性缺损的牙齿，充填术是目前应用最广泛且成效较好的方法，其基本过程可分为两步：先去除龋坏组织和失去支持的薄弱牙体组织，并按一定要求将窝洞制成合理的形态。然后以充填材料填充恢复其固有形态和功能。利用补牙洞型将充填材料固定在牙齿上，恢复牙齿的缺损和功能，以保持牙齿外形，维护牙列的完整性。如：银汞合金充填、复合树脂充填、酸蚀法光敏复合树脂充填、3M树脂充填、纳米光固化复合树脂充填、玻璃离子充填等
•缺点：充填体邻、轴面不易正确恢复外形突度, 不能高度抛光，易附着菌斑
(1)银汞合金：含金属易发生过敏反应；与牙齿的颜色不匹配，色泽不好；银汞合金表面的铜或银与口内食物分解出的硫化氢起化学变化，生成硫化物，使充填体表面会被腐蚀，变成黑色或失去光泽。银汞合金在口腔内由于化学和电化学的作用，其表面或表面下层被腐蚀，使银汞合金强度降低，容易发生破裂。还能造成与之接触的牙体组织变色，腐蚀的常务可通过裂缝渗入牙本质小管，使牙冠变色；银汞合金无粘接性，故需要良好的固位体，抗弯强度和抗冲强度较差，传统的银汞合金不能与牙齿粘结、为了充填银汞合金需要制备箱型的窝洞，为此，牙医可能要磨除更多的牙齿组织；需要医生有高超的技术避免补牙后塞牙的问题；洞型制备技术性要求高；汞有毒，操作不当对人体是有害的；不经特殊处理无法直接排放。
(2)树脂：耐磨性不高易磨损；不注意护理会导致牙齿变色的情况；容易出现塞牙的情况；有脱落风险；容易形成充填物悬突；程序复杂，操作时间较长；在充填的过程中对隔湿的要求高，临床实践中难以避免微渗漏问题；无主动的防龋能力；如有继发龋，去除充填物不易，易伤及正常牙体；个别患者会出现术后酸痛的感觉；会发生聚合牧缩，可以破坏修复体的边缘封闭，破坏牙齿和修复体界面的粘结，另一个潜在的危害是对牙体组织产生应力，承受较大应力时磨耗量过大。
(3)玻璃离子：凝固后材料中含有较多的气泡，不易抛光，容易粘附色素，影响美观，易受咖啡、茶等染色；
凝固过程中有较强的吸水性，吸水后材料呈白色垩状，溶解性增加，容易被侵蚀；
没有粘结性，很容易脱落；
强度不高，在使用过程中很有可能出现断裂或者磨耗过重；操作时间长。
（三）嵌体 用金属或其它材料制成与牙齿窝洞适合的修复体，镶嵌在洞内，称为嵌体;盖在合面的为盖嵌体。
•缺点：当龋洞较小，用嵌体修复可能会因其牙体预备的固位要求而多去除一些牙体组织；
修复体的边缘线较长，只能在龋坏率低、口腔卫生好的情况下应用，当冠低、龋坏率高、缺损大、外形线长、牙体薄弱时都不适合作嵌体；固位力差，当牙合力大、磨耗重或有磨牙症时也不适合作嵌体；有脱落的现象；
制作工艺比较复杂，一般要通过CAD-CAM，通过扫描，通过切削工艺，它的制作需要医生的水平比较高，制作材料的技工技术也要很高才行；牙体洞型预备有一定的难度；对患者的咀嚼习惯有要求，不能吃太黏、太硬的食物；做嵌体，大部分牙齿通过了根管治疗，根管治疗的牙齿比较脆，尤其是存留的一些牙尖或者比较薄的壁，所以吃硬的食物很容易使牙体崩裂；金属嵌体耐用，但不是很美观；树脂嵌体操作简单，但是耐磨性不好；瓷嵌体美观性较好，但是较复合树脂材料更易碎，而且比较硬，对对颌牙会有磨损；
陶瓷嵌体或高嵌体需要更大体积以避免折裂，这意味着牙齿需要磨去更多。
---------凳子
参考资料：
环球科学公众号《两滴药水，48小时完美修复龋齿！中国科学家新发明，实现牙釉质自我修复》
Repair of tooth enamel by a biomimetic mineralization frontier ensuring epitaxial growth. Science advances
本文作者：谭雨涵
时任审阅：于世龙 刘孟茜
时任编辑：许心雨
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时任总编辑：李晓萌
