近日，北京大學口腔醫(yī)院特診科鄧旭亮教授團隊與北京航空航天大學江雷院士、郭林教授團隊及美國密歇根大學Nicholas A. Kotov教授合作，在類牙釉質復合材料的制備及性能研究方面取得了重要的進展。研究成果以《多尺度構筑人工牙釉質》為題，采用report形式，2022年2月4日在線發(fā)表于國際權威期刊《科學》（Science）。該研究工作為人造牙釉質的宏觀組裝提供了一種新的工程設計方法和途徑，以完美復刻天然生物材料的多尺度分級結構，所設計的仿生復合材料保留了生物原型的結構復雜性，實現了高剛度、硬度、強度、粘彈性和韌性的完美結合。該研究為設計合成下一代生物力學性能匹配的牙修復材料以及綜合力學性能更優(yōu)異的工程材料，提供了理論借鑒和設計基礎。

牙釉質是人體中最堅硬的天然生物材料，硬度僅比金剛石略低，與水晶相當，盡管厚度只有幾毫米，仍具有出色的抗變形和振動損傷能力。其優(yōu)越的力學強度和韌性讓我們的牙齒能夠自如地切割、研磨食物。然而，牙釉質作為高度礦化的生物組織無法再生，由于牙釉質結構的復雜性，修復牙釉質一直是仿生領域的一項艱巨挑戰(zhàn)。目前還無法有效獲得與天然釉質多級結構相同的大面積修復層，也無法復刻天然牙齒的各項性能。

該研究設計了基于“納米結構單元的宏量合成及可控組裝”的多尺度類牙釉質復合材料合成路線，實現了與牙釉質結構最為相近的類牙釉質復合材料的可控制備。研究制備的多級次類牙釉質復合材料實現了高剛度（105GPa）、高硬度（5.9GPa）、高粘彈性（VFOM，5.5GPa）、高強度（143MPa）、高韌性（7.4MPa m1/2）等特性的完美組合。優(yōu)于之前報道的類牙釉質復合材料及牙釉質、骨骼、貝殼珍珠母等生物材料，充分體現了材料微結構設計對于材料性能提升的重要作用。特別需要指出的是，多級次類牙釉質復合材料的力學性能可以通過改變其組分來調控，進而制備得到性能與天然牙齒接近的復合材料：與天然牙釉質相近的硬度和模量既能提供牙齒咀嚼所需的硬度和強度，也能夠保證不過度磨耗健康牙齒；優(yōu)于天然牙釉質的粘彈性和韌性可以保證材料耐受更大的震動和沖擊力。該結構與性能與天然牙釉質相近的復合材料有望成為新一代牙齒修復材料。該材料多級次類牙釉質結構表現出強支撐、界面增強、結構限域和應力耗散等力學行為，是實現材料具有優(yōu)異力學性能的重要因素。

本研究在國家重點研發(fā)計劃和國家自然科學基金項目等的資助下完成。郭林教授、鄧旭亮教授和Nicholas A. Kotov教授為本文的共同通訊作者，北京航空航天大學趙赫威副教授、博士生劉少佳、北京大學口腔醫(yī)學院衛(wèi)彥教授、北京航空航天大學岳永海教授并列第一作者。

鄧旭亮，教授、主任醫(yī)師、博士生導師，教育部“長江學者”特聘教授，國家杰出青年基金獲得者，國家“萬人計劃”領軍人才，現任北京大學口腔醫(yī)院科研副院長，北京大學跨學部生物醫(yī)學工程系常務副系主任，國家藥監(jiān)局口腔材料重點實驗室主任，口腔生物材料和數字診療裝備國家工程研究中心副主任，生物醫(yī)用材料北京實驗室副主任，國家口腔疾病臨床醫(yī)學研究中心副主任。獲評“全國優(yōu)秀科技工作者”、第三屆“樹蘭醫(yī)學獎”青年獎、第十一屆“光華工程科技獎”青年獎等榮譽。近年來主持了多項科研項目，包括國家杰出青年科學基金、國家自然科學基金重大課題、國家重點研發(fā)計劃項目等。長期從事生物材料和口腔再生醫(yī)學的基礎和應用研究，在國內外高水平雜志發(fā)表論文180余篇，獲授權美國發(fā)明專利和國家發(fā)明專利20余項，獲系列國藥局III類醫(yī)療器械注冊證。

來源：北京大學