光明日報北京2月9日電（記者劉博超）國際權威學術期刊《科學》（Science）日前刊發北京航空航天大學郭林教授團隊與北京大學口腔醫院鄧旭亮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方面取得的研究成果《多尺度構筑人工牙釉質》。研究制備的多級次類牙釉質復合材料兼具高剛度、高硬度、高粘彈性、高強度、高韌性等特性，力學性能優于之前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。通過改變其組分進行調控，可以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。

　　牙釉質是人體中最堅硬的天然生物材料，可實現高硬、高彈、高強、高韌等多種相悖力學性能的結合。牙釉質結構復雜、無法再生，修復牙釉質一直是仿生領域的一項艱巨挑戰：難以獲得與天然釉質多級結構相同的大面積修復層，也難以復刻天然牙齒的各項性能。據了解，牙釉質主要是由規則平行排列的羥基磷灰石納米線復合少量生物蛋白質組裝而成，對其結構的精細解析表明羥基磷灰石納米線間還具有無機非晶間質層，這種多級微納結構是牙釉質具有優異力學性能的關鍵。由于缺乏一維納米線的宏觀尺寸可控組裝的方法，以及無機非晶納米材料在制備及形貌調控方面的技術瓶頸，多尺度模仿牙釉質的多級結構以期在人造工程材料中實現甚至超過牙釉質的優異力學性能是一個巨大的挑戰。

　　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，實現了迄今為止與牙釉質結構最為相近的類牙釉質復合材料的可控制備。具體來講，通過水熱法設計合成了與牙釉質釉柱微觀尺寸接近的羥基磷灰石納米線；通過合理調控材料的生長與成核，實現了非晶氧化鋯陶瓷層在羥基磷灰石納米線表面的均勻生長，模仿了天然牙釉質的無機非晶間質層；定向冷凍裝置，實現了晶體/非晶復合納米線與聚合物的復合及宏觀尺寸可控組裝，制備得到了從原子尺度到宏觀尺度都具有類牙釉質結構的人工牙釉質。這種結構與性能和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。該研究為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為優異的工程材料的設計合成提供了理論借鑒和設計基礎。

　　《光明日報》（ 2022年02月10日 04版）