國(guó)際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》（Science）日前刊發(fā)北京航空航天大學(xué)郭林教授團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)口腔醫(yī)院鄧旭亮教授團(tuán)隊(duì)及美國(guó)密歇根大學(xué)Nicholas A. Kotov教授合作在類牙釉質(zhì)復(fù)合材料的制備及性能方面取得的研究成果《多尺度構(gòu)筑人工牙釉質(zhì)》。

　　研究制備的多級(jí)次類牙釉質(zhì)復(fù)合材料兼具高剛度、高硬度、高粘彈性、高強(qiáng)度、高韌性等特性，力學(xué)性能優(yōu)于之前的類牙釉質(zhì)復(fù)合材料及牙釉質(zhì)、骨骼、貝殼珍珠母等生物材料。通過(guò)改變其組分進(jìn)行調(diào)控，可以制備得到性能與天然牙齒接近的復(fù)合材料：與天然牙釉質(zhì)相近的硬度和模量既能提供牙齒咀嚼所需的硬度和強(qiáng)度，也能夠保證不過(guò)度磨耗健康牙齒；優(yōu)于天然牙釉質(zhì)的粘彈性和韌性可以保證材料耐受更大的震動(dòng)和沖擊力。

　　牙釉質(zhì)是人體中最堅(jiān)硬的天然生物材料，可實(shí)現(xiàn)高硬、高彈、高強(qiáng)、高韌等多種相悖力學(xué)性能的結(jié)合。牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、無(wú)法再生，修復(fù)牙釉質(zhì)一直是仿生領(lǐng)域的一項(xiàng)艱巨挑戰(zhàn)：難以獲得與天然釉質(zhì)多級(jí)結(jié)構(gòu)相同的大面積修復(fù)層，也難以復(fù)刻天然牙齒的各項(xiàng)性能。據(jù)了解，牙釉質(zhì)主要是由規(guī)則平行排列的羥基磷灰石納米線復(fù)合少量生物蛋白質(zhì)組裝而成，對(duì)其結(jié)構(gòu)的精細(xì)解析表明羥基磷灰石納米線間還具有無(wú)機(jī)非晶間質(zhì)層，這種多級(jí)微納結(jié)構(gòu)是牙釉質(zhì)具有優(yōu)異力學(xué)性能的關(guān)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(wú)機(jī)非晶納米材料在制備及形貌調(diào)控方面的技術(shù)瓶頸，多尺度模仿牙釉質(zhì)的多級(jí)結(jié)構(gòu)以期在人造工程材料中實(shí)現(xiàn)甚至超過(guò)牙釉質(zhì)的優(yōu)異力學(xué)性能是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

　　該研究設(shè)計(jì)了基于“納米結(jié)構(gòu)單元的宏量合成及可控組裝”的多尺度類牙釉質(zhì)復(fù)合材料合成路線，實(shí)現(xiàn)了迄今為止與牙釉質(zhì)結(jié)構(gòu)最為相近的類牙釉質(zhì)復(fù)合材料的可控制備。具體來(lái)講，通過(guò)水熱法設(shè)計(jì)合成了與牙釉質(zhì)釉柱微觀尺寸接近的羥基磷灰石納米線；通過(guò)合理調(diào)控材料的生長(zhǎng)與成核，實(shí)現(xiàn)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(zhǎng)，模仿了天然牙釉質(zhì)的無(wú)機(jī)非晶間質(zhì)層；定向冷凍裝置，實(shí)現(xiàn)了晶體/非晶復(fù)合納米線與聚合物的復(fù)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(zhì)結(jié)構(gòu)的人工牙釉質(zhì)。這種結(jié)構(gòu)與性能和天然牙釉質(zhì)相近的復(fù)合材料有望成為新一代牙齒修復(fù)材料。該研究為下一代生物力學(xué)性能匹配的牙修復(fù)材料以及綜合力學(xué)性能更為優(yōu)異的工程材料的設(shè)計(jì)合成提供了理論借鑒和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。（記者劉博超）