牙釉质:坚硬且难以取代

本文摘自《创造》杂志中文版第42卷第4期

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人体中最坚硬的物质是牙釉质。在我们的一生中要不断进行啃咬和咀嚼,牙齿要经常承受粗糙和磨蚀的考验,所以其坚硬的设计非常重要。

牙釉质具有“复杂且排列整齐的磷灰石结构”,1产生牙釉质的生物矿化过程需要“造釉母细胞(amelo-blasts)”的帮忙,它们能生产特殊的蛋白质,形成非常坚硬的牙齿最外层结构(牙釉质)。2

但造釉母细胞只存在于牙齿发育的过程中。3 因此,成熟的牙釉质“被破坏后几乎不能自我修复”。1所以如果我们不注意饮食习惯和口腔卫生,那么就会导致龋齿(蛀牙),造成永久性的牙齿破坏!当然,现代牙医可以使用多种材料来修补龋齿(如汞齐、复合树脂和陶瓷)。然而,这些外来物有时不能很好地附着在天然的牙釉质或牙本质上,就会松脱。

因此,科学家希望能通过研究仿制出牙釉质。但即使经过多年的努力研究,也没有人能在实验室中令人满意地仿制出天然牙釉质复杂的层次结构。然而,现在一个由中国浙江大学的仿生学家刘兆明领导的研究团队声称已经在这方面取得了突破。1,4 他们通过一种巧妙的方法,在志愿者的牙齿涂上含有磷酸钙离子簇的凝胶,并成功地在48小时内产生了一层薄薄的牙釉质(厚度为 2.7 微米,如图所示)。当然,为了与天然的牙釉质的厚度匹配,并能修补蛀牙,研究人员还必须在厚度方面改进数百倍。他们正在为此努力,并希望在两年内不需要使用填充的物料就能进行“牙釉质再生”的临床试验。3

“预防蛀牙是保护牙齿的最好方法”,北京大学的生物医学研究员陈海峰建议道,“我们不应该等到损害发生才来处理,我们的牙齿是大自然的奇迹。人工替换永远做不到这一点”。3 这是很好很实用的建议。然而,我们的牙齿并不是大自然的奇迹,而是上帝所创造的奇迹。 

  

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参考文献和注释

1. Shao, C. and 11 others, Repair of tooth enamel by a biomimetic mineralization frontier ensuring epitaxial growth, Science Advances 5(8):eaaw9569, 2019.“磷灰石”是一组磷酸盐矿物的统称(牙釉质主要由羟基磷灰石组成)。

2. 虽然牙釉质非常坚硬,但实际上它就像玻璃一样易碎,但我们牙齿的最外的覆盖层有一些特殊设计,可以防止裂缝的蔓延。参见 Sarfati, J., Tooth enamel: sophisticated materials science, Creation 32(3):53, 2010;creation.com/enamel.

3. Dockrill, P., Scientists have developed a genius method that actually regenerates tooth enamel; sciencealert.com, 3 Sep 2019.

4. Davis, N., Scientists discover way to ‘grow’ tooth enamel; theguardian.com, 31 Aug 2019.

 

本文原英文链接见:https://creation.com/tooth-enamel-hard-to-replace.

 

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