北大口腔邓旭亮教授团队与合作者在《科学》杂志发表人工牙釉质创新研究成果

　　

近日，北京大学口腔医院特诊科邓旭亮教授团队与北京航空航天大学江雷院士、郭林教授团队及美国密歇根大学Nicholas A. Kotov教授合作，在类牙釉质复合材料的制备及性能研究方面取得了重要的进展。研究成果以《多尺度构筑人工牙釉质》为题，采用report形式，2022年2月4日在线发表于国际权威期刊《科学》（Science）。该研究工作为人造牙釉质的宏观组装提供了一种新的工程设计方法和途径，以完美复刻天然生物材料的多尺度分级结构，所设计的仿生复合材料保留了生物原型的结构复杂性，实现了高刚度、硬度、强度、粘弹性和韧性的完美结合。该研究为设计合成下一代生物力学性能匹配的牙修复材料以及综合力学性能更优异的工程材料，提供了理论借鉴和设计基础。

牙釉质是人体中最坚硬的天然生物材料，硬度仅比金刚石略低，与水晶相当，尽管厚度只有几毫米，仍具有出色的抗变形和振动损伤能力。其优越的力学强度和韧性让我们的牙齿能够自如地切割、研磨食物。然而，牙釉质作为高度矿化的生物组织无法再生，由于牙釉质结构的复杂性，修复牙釉质一直是仿生领域的一项艰巨挑战。目前还无法有效获得与天然釉质多级结构相同的大面积修复层，也无法复刻天然牙齿的各项性能。

该研究设计了基于“纳米结构单元的宏量合成及可控组装”的多尺度类牙釉质复合材料合成路线，实现了与牙釉质结构最为相近的类牙釉质复合材料的可控制备。研究制备的多级次类牙釉质复合材料实现了高刚度（105GPa）、高硬度（5.9GPa）、高粘弹性（VFOM，5.5GPa）、高强度（143MPa）、高韧性（7.4MPa m1/2）等特性的完美组合。优于之前报道的类牙釉质复合材料及牙釉质、骨骼、贝壳珍珠母等生物材料，充分体现了材料微结构设计对于材料性能提升的重要作用。特别需要指出的是，多级次类牙釉质复合材料的力学性能可以通过改变其组分来调控，进而制备得到性能与天然牙齿接近的复合材料：与天然牙釉质相近的硬度和模量既能提供牙齿咀嚼所需的硬度和强度，也能够保证不过度磨耗健康牙齿；优于天然牙釉质的粘弹性和韧性可以保证材料耐受更大的震动和冲击力。该结构与性能与天然牙釉质相近的复合材料有望成为新一代牙齿修复材料。该材料多级次类牙釉质结构表现出强支撑、界面增强、结构限域和应力耗散等力学行为，是实现材料具有优异力学性能的重要因素。

本研究在国家重点研发计划和国家自然科学基金项目等的资助下完成。郭林教授、邓旭亮教授和Nicholas A. Kotov教授为本文的共同通讯作者，北京航空航天大学赵赫威副教授、博士生刘少佳、北京大学口腔医学院卫彦教授、北京航空航天大学岳永海教授并列第一作者。

邓旭亮，教授、主任医师、博士生导师，教育部“长江学者”特聘教授，国家杰出青年基金获得者，国家“万人计划”领军人才，现任北京大学口腔医院科研副院长，北京大学跨学部生物医学工程系常务副系主任，国家药监局口腔材料重点实验室主任，口腔生物材料和数字诊疗装备国家工程研究中心副主任，生物医用材料北京实验室副主任，国家口腔疾病临床医学研究中心副主任。获评“全国优秀科技工作者”、第三届“树兰医学奖”青年奖、第十一届“光华工程科技奖”青年奖等荣誉。近年来主持了多项科研项目，包括国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重大课题、国家重点研发计划项目等。长期从事生物材料和口腔再生医学的基础和应用研究，在国内外高水平杂志发表论文180余篇，获授权美国发明专利和国家发明专利20余项，获系列国药局III类医疗器械注册证。