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海虹能当牙齿修复体?
日期:2018/01/30

受到贻贝(海虹)能够粘附在坚硬表面机制的启发,圣巴巴拉分校的研究人员开发出一种新型牙科复合材料,为患牙提供更耐久的修复。该研究将广泛应用于填充物、牙冠修复,种植牙及其他相关工作中。

“和典型的牙科修复材料一样坚硬,但不易断裂,”KollbeAhn,UCSB海洋科学研究所材料科学家这样形容该复合材料。由Ahn领导的该研究在《Advanced Materials》期刊上受到了关注。

平均而言,牙齿修复体5到10年左右就要更换。更换时间取决于修复的类型和病人对修复体的使用程度。然而,咀嚼酸性食物和过硬食物、不良口腔卫生、夜磨牙、牙齿本身脆弱以及牙齿护理工作不足等因素都可能导致修复体过早失效,从而再进行一次昂贵而不愉快的修复经历。

据Ahn说,充填体脱落的主要原因之一是充填体与周围牙齿间粘结的脆性破坏。他解释说:“所有的牙科复合材料都含有微颗粒以增加其刚性,防止其固化过程中的收缩。但是,当复合材料变硬时,它也会变得更脆。”

在足够的压力或磨损下,充填体会有裂纹形成,然后辐射到整个充填体中。或者,牙齿和充填体之间的间隙会导致充填失败,包括形成边缘龋等。

所以Ahn和他的同事开始探索大自然,受到贻贝的启发,他们找到一种方法,不仅能保持充填体强度和硬度,也能增加其耐久性。贻贝能够粘附于不规则的岩石表面,抵抗波浪的冲击、太阳的炽烤、盐水的长期浸泡以及多风干燥等恶劣环境,这为科学家们研发更耐用的牙科修复材料提供了灵感。

“在自然界,贻贝足丝螺纹的胶原软芯是由5到10微米厚的硬涂层保护的,”Ahn说。这种耐久性和灵活性使软体动物能够在恶劣的环境中保持在湿润的矿物表面不被“扯下”。这一机制的关键是科学家所称的动态或表面微结合:在亚纳米级分子水平的多重可逆和弱键,可以消耗能量而不影响整体承载材料的附着力和机械性能。

“假如只有一个强大的键,”Ahn说。“它可能很强大,但一旦它断了,就会整体断裂。但如果有几个较弱的键,则不得不一个一个地打破它们。”他继续说,“破坏每一个弱键都会消耗能量,所以破坏整体物质所需的全部能量将大于破坏一个单独的强键。”

 

这种类型的结合发生在许多生物系统中,包括动物骨骼和牙齿。贻贝的足丝含有大量独特的化学官能团,叫做儿茶酚类化合物,用来帮助贻贝粘附于湿润的矿物质表面。新的研究表明,利用邻苯二酚偶联剂代替传统的硅烷偶联剂可以提供超过目前牙科复合树脂10倍的附着力和50%的韧性增长。

虽然研究已经证明了这种软材料的增韧机制,但还需要用刚性和承重性证明。

这一概念,也已经被证实无细胞毒性,从而意味着更坚固、更耐用的牙科充填体材料。从长远来看,这也意味着更少的牙科检查。因为每一次替换填充物也需要牙医打磨周围的牙体组织以适应新的材料。如果更换的话,牙齿可能需要被做冠或拔除;如果不更换,牙齿脱落可能对个人的饮食和健康产生不良后果。

Ahn提到研究下一步将进一步提高材料的耐久性。“通过改变分子设计,其表面上的偶联剂将更加紧密,这样我们就能拥有更坚固耐用的复合材料。”他说,估计在一两年内就会有相关的产品上市。

 

(文章来源UCSB,由世界牙科技术编译)

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