兩滴藥水可長出牙釉質

只需兩滴“神奇”藥水就能“長”牙釉質，這不是天方夜譚。近日，浙江大學化學系教授唐睿康帶領的研究團隊發明出一種仿生修補液，在牙釉質的缺損處滴上兩滴，就能在48小時內在缺損表面“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，并與原有組織無縫連結，渾然一體。

8月30日，國際學術期刊《科學進展》在線發表論文介紹，該研究團隊發明了一種“藥水”——仿生修補液，在牙釉質的缺損處滴上兩滴，48小時內缺損表面能“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，并與原有組織無縫連結。

浙江大學化學系教授唐睿康、化學系博士劉昭明為該論文的共同通訊作者，化學系博士邵長鵒系第一作者。據浙江大學官網報道，劉昭明對團隊的這次成果非常自信，“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。”

而德國著名生物礦化學家、康斯坦茲大學Helmut教授也給出高度評價：這是我所知道的迄今為止最好的牙釉質修復材料，有望在臨床上真正實現牙釉質的原位修復。

人體最堅硬的“消耗品”

牙釉質，也稱為琺瑯質，是牙齒最外層的組織，為哺乳動物體內最堅硬的組織，其摩氏硬度（利用礦物的相對刻劃硬度劃分礦物硬度的標準）僅比金剛石略低，與水晶相當。

成熟的牙釉質96-99％由無機礦物（主要為鈣和磷）組成，其他為水及有機物，這層半透明的物質厚度約為2毫米左右。

邵長鵒介紹，無機礦物含量高達96%的牙釉質近似于一層天然的無機晶體礦物。其主要是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。

正因如此，人類才能夠用牙齒自如地切割、研磨食物。

但值得注意的是，牙釉質內部并不具有包括細胞在內的生物有機基質，它不會再生。人類的牙齒一旦由乳牙換成恒牙后，牙釉質就處于被不斷消耗的過程不可能過程。口腔內殘留食物在微生物作用下釋放出酸類，以及酸性飲料等，則會加速牙釉質的消耗。

論文中提到，雖然牙釉質的形成是整個生物發育過程的一部分，但成熟的牙釉質是沒有細胞的，損傷后基本不能自我修復。

可以說，齲齒，俗稱的蛀牙等牙齒疾病，都從牙釉質的“失防”開始。而齲齒也是全球最常見的慢性疾病之一。

目前臨床上常見的復合樹脂、陶瓷等修補措施常用于“大洞”修補。此次唐睿康等人則從著眼于牙釉質的小面積缺損，補救時間也更為提前。

此前也有其他實驗室的科學家嘗試仿生礦化的方法，但由于牙釉質結構的復雜性，過去還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。

“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。”劉昭明說。

從“填補”時代到“仿生再生”

唐睿康團隊則從生物成骨過程啟發。2000年前后，隨著觀測手段的進步，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。”劉紹明說。

由此，研究團隊提出了一種全新的修復策略。他們提出，基于HAP（羥基磷灰石）和無定形磷酸鈣(ACP)的合理設計結構，可能模擬生物礦化前沿誘導牙釉質外延再生。

團隊此前的研究表明，20納米左右的 ACP顆粒可以吸附甚至組裝到牙釉質HAP晶體上，但這些顆粒不能誘導牙釉質晶體外延生長。一般來說，粒子間的結合和融合在較小的尺寸下更容易發生。

然而，一個新的問題出現了：可誘導HAP生長的ACP顆粒的最小尺寸是多少？最近的研究表明，無論是大小為0.95納米的波斯納原子簇（Posner’s clusters），還是只有幾納米大小的磷酸鈣離子團簇(CPICs)，都可以作為ACP和HAP的基本組成部分。但是，這些超小離子團簇本身極不穩定，可以在幾秒鐘內自發聚集甚至成核。

研究團隊研究出一種新型的磷酸鈣團簇（CPICs）。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。新的牙釉質在接下來的48小時內長出。

“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外沿生長，讓羥基磷灰石長出類似于釉柱結構的晶體，并朝特定的方向有序排列。

實驗數據顯示，48小時后，牙釉質“長”高了2-3微米。進一步的力學性能測試顯示，長出來的人工牙釉質硬度和彈性模量與天然牙釉質的數值幾乎相同。而外形上更是“以假亂真”，電鏡圖辨別不出人工修補痕跡，即使牙醫也不能憑借經驗分辨出修復前后的牙釉質。