人类蛀牙的弱点 材料科学家找出真相 | 全球新知

美国西北大学的研究人员破解了蛀牙的秘密之一。在对人类牙釉质的一项新研究中，材料科学家首次发现了少量杂质，这些杂质可能有助于提高牙釉质的强度，但也使材料更容易溶解。此研究也是第一次使用原子尺度分辨率来确定杂质的空间分布。

龋齿——更广为人知的说法是蛀牙——是由于细菌导致牙齿的损坏(“caries”在拉丁语中是“腐烂”的意思)。它是最常见的慢性病之一，也是一个重大的公共卫生问题，特别是随着人类平均预期寿命的增加。

关于牙釉质组成部分的新发现——详细到纳米级——可能有助于更好地了解人类蛀牙，以及影响牙釉质形成的遗传条件，后者可能导致牙釉质受损或完全缺失。

牙釉质是人类牙齿的外层保护层，覆盖着整个牙冠。它的硬度来自于它的高矿物含量。

领导这项研究的德克·乔斯特说:“牙釉质已经进化得坚硬耐磨，足以承受几十年的咀嚼力。”“然而，牙釉质再生的潜力非常有限。我们的研究有助于我们了解牙釉质是如何形成的，这将有助于开发新的干预手段和材料来预防和治疗龋齿。这一发现还可能有助于预防或减轻患有先天性牙釉质缺陷的患者的痛苦。”

这项由美国国家科学基金会资助的研究发表在《自然》杂志上：

研究在过去的十年里，我们对牙釉质的形成（成釉）和成熟牙釉质的功能特性的了解取得了进展，但是试图修复这种材料的损伤或在体外合成的尝试，都没有成功。这是由于珐琅质高度分层的结构和化学梯度引起的额外复杂性。在研究这里，我们使用原子尺度定量成像和相关光谱显示，羟基磷灰石(Ca5(PO4)3(OH))的纳米级晶体是搪瓷的基本构建块，包括两个富含镁的纳米层，位于富含钠、氟和碳酸盐离子的核的两侧;这种夹层芯被较低浓度的取代缺陷的壳所包围。一个基于密度泛函理论计算和x射线衍射数据的力学模型预测，残余应力的产生是由于化学梯度，与晶核在酸性介质中的优先溶解一致。此外，应力可能影响釉质的力学弹性。这两层额外的层级暗示了在成釉过程中生物控制晶体生长的一种可能的新模式，并暗示了在牙齿发育过程中生物标记物保存的意义。

翻译自“自然”期刊摘要

美国国家科学基金会材料研究部的项目主管兰迪·杜兰说:“国家科学基金会热衷于支持像这样的基础材料研究发现。”“它解决了生物矿化领域长期存在的问题。”