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[材料资讯] 郭林课题组Advanced Materials:非晶陶瓷用于牙釉质修复的研究

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发表于 2020-2-12 18:00:50 | 显示全部楼层 |阅读模式
硬组织修复一直是生物医学与健康领域的一大挑战。以人体中最硬的组织牙釉质为例,它是实现咀嚼和保护口腔生理环境的重要组织。但是,牙釉质在日常生活中受到各种病理风险的影响,如致龋细菌、机械损伤或pH值极高的饮料等,容易导致严重的口腔疾病和系统性疾病;并且人的牙釉质是超硬、高度结晶的,在整个生命周期内都无法自我修复,亟需开发可靠和可持续的牙釉质修复技术将提高生物体的生活质量,延长生物陶瓷材料的寿命。在目前的临床治疗中,由复合树脂和玻璃离子胶结物组成的合成材料最常用来自上而下地填充有缺陷的牙釉质,但是它们的聚合收缩会导致材料-牙釉质界面的微渗漏;近年来,自下而上的生物矿化方法也被用来修复牙釉质,但是其效率低,界面连接薄弱,严重制约了生物矿化方法在硬组织修复领域的应用。研究表明人类牙釉质晶体羟基磷灰石牙釉柱之间存在非晶层,可以有效提升牙釉质的力学表现及抗酸蚀能力,但是目前的牙釉质修复研究对于晶体-非晶界面的构筑还鲜有涉及。

非晶陶瓷

非晶陶瓷
       北京航空航天大学化学学院郭林教授和北京大学口腔医院邓旭亮教授、卫彦教授合作,针对牙釉质修复这一挑战进行了研究:通过在酸蚀牙釉质表面均匀生长一层厚度为400nm左右的生物相容性的非晶氧化锆陶瓷层,实现了受损牙釉质力学性能的恢复至健康牙釉质的水平,并且具有优异的抗细菌能力,可以有效的保护口腔,是一种有潜在应用价值的新型牙釉质修复技术。相关结果发表在Advanced Materials(DOI:10.1002/adma.201907067)上。
        通过控制Zr4+在牙釉质表面的吸附、可控水解,达到氧化锆在非晶牙釉质表面成核与生长平衡的目的,从而成功实现厚度为400nm左右的非晶氧化锆包覆层在牙釉质表面的原位生长。该非晶氧化锆层的原位生长既可以渗透到牙釉柱之间形成物理锚定连接,提升界面作用力;修复层与牙釉质表面还形成了化学作用(如氢键、共价键等)进一步提升修复层与基底的黏附力,增强稳定性。受益于仿生的晶体-非晶界面构筑,该策略修复的牙釉质,模量和硬度分别达到82.5 GPa和5.2 GPa,并且具有优异的粘弹性(tanδ)预防脆断,其力学性能恢复至健康牙釉质的水平。此外,该修复层与牙釉质连接紧密,可以耐受15000次牙刷磨损和600次冷热循环,性能保持稳定,使用寿命长;并且,该修复层呈现出亲水性、电负性和光滑等特点,可抵抗致龋细菌的粘附和增殖,保护口腔环境。综上,通过生长非晶陶瓷来构筑晶体-非晶界面的牙釉质修复策略,将促进先进功能材料在生物医学与健康领域的应用和发展。
       郭林,男,1964年10月生,教授,博士生导师。教育部长江学者奖励计划特聘教授;国家杰出青年基金、国务院政府特殊津贴、宝钢优秀教师奖获得者;新世纪百千万工程国家级人选。先后于东北师范大学、吉林大学、北京理工大学获学士、硕士、博士学位;中国科学院高能物理所同步辐射国家实验室博士后。曾在香港科技大学化学系做访问学者,德国德累斯顿理工大学低温物理研究所做“洪堡学者”。2001年北京航空航天大学首批校长直聘教授, 现为北京航空航天大学化学与环境学院副院长,教育部仿生智能界面科学与技术教育部重点实验室副主任;北航应用化学学科责任教授。中国科学技术大学兼职教授,中国颗粒学会理事,中国化工学会无机盐专业学科带头人,国家基金委第十二、十四届材料工程学部材料评审组成员,教育部胶体与界面化学应用重点实验室学术委员。研究方向集中在纳米材料的制备、微结构表征和特性研究方面。承担国家杰出青年基金、国家自然科学基金重点基金、国家“863”项目、国家“973”课题等多项课题。研究成果在国内外化学、材料领域重要期刊(如:J. Am. Chem. Soc., Adv. Mater.,Nanoletters)等上发表170余篇SCI收录论文。指导的博士生的论文2篇获北京市优秀博士论文, 1篇获全国百篇优秀博士论文;作为第一获奖人,2010年获教育部自然科学一等奖,2013年获国家自然科学二等奖。
       邓旭亮,男,北京大学口腔医学院科研副院长,教育部长江学者特聘教授,国家杰出青年基金获得者,主任医师、教授、博士生导师。1972年2月生于湖南省邵阳市,1995年毕业于北京医科大学口腔医学院,获医学学士学位;1999年毕业于北京医科大学口腔医学院,获医学博士学位;2007至2008年在新加坡国立大学做访问学者。目前兼任中国生物医用材料产业技术创新战略联盟副理事长,口腔数字化医疗技术和材料国家工程实验室副主任,生物医用材料北京实验室副主任,中国生物材料学会骨修复材料和器械分会副主任委员,中国生物材料学会纳米生物材料分会副主任委员,中国生物材料学会青年委员会常务委员,中华口腔医学会全科口腔专业委员会副主任委员,中华口腔医学会口腔生物医学专业委员会委员,中国生物医学工程学会生物材料分会理事。2009年入选教育部“新世纪优秀人才”计划,2009年获中华口腔医学会口腔医学青年人才奖,2011年获选北京市优秀中青年医师,2013年获选科技部中青年科技创新领军人才,2014年获选北京大学优秀人才,2016年入选中组部“万人计划”,2016年获选全国优秀科技工作者。2013年获教育部 “高等学校科学研究优秀成果奖”技术发明二等奖1项(第一完成人),2014年获北京大学仲外医学基金奖,2016年获光华工程技术奖青年奖。近年来共主持18项科研项目(国家级11项,省部级7项),并作为学术骨干参加国家及省部级科研项目14项。在新型口腔树脂基修复材料及引导组织再生支架材料的组成、结构设计、制备和功能仿生、纳米效应发挥及组织修复机理等方面进行了长期研究。迄今共发表论文177篇,其中SCI收录论文62篇;共申请25项国家发明专利,授权13项;已指导硕士研究生25名,博士生7名。
       来源:MaterialsViews China

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