氨基酸诱导纳米羟基磷灰石仿生修复软化釉质的显微分析研究

The development of biomineralization and biomaterials has demonstrated that nano-sized hydroxyapatite particles play an essential role in the formation of hard tissues in biomatiarials. As the basic building blocks in enamel, nano apatite can self-assemble into calcified tissue under the control of an organic matrix during biomineralization process. Interaction of these inorganic and organic macromolecules remain a central issue of biomimetic mineralization. The biomimetic method, which based on mineralization in the natural hard tissue deposition of biologic apatite, has opened up a new way to develop biomaterials. This study we want to develope a a simple and effective biomimetic way to regenerate enamel structure with nano apatite particles, constructing enamel-like apatite layer on soften enamel surface by using Glu and nano- hydroxyapatite under near-physiological conditions. The characterization of repaired layer microstructure were investigated microscopic analysis strategy from composition, nano-structure, function and defense performance. We want to provide a new method to screening the ideal enamel remineralization reagents. The results will make the enamel regeneration possible and show a promising way for the tooth repairing materials development.

近年来,生物矿化的研究表明,纳米羟基磷灰石作为基本无机组成单元，在生物体的硬组织形成过程中具有非常重要的作用。在生物矿物的形成过程中,纳米尺寸的无机基本单元在有机基质形成的框架中经过有序组装,形成具有特殊功能的生物矿物。这些无机组成单元和有机大分子之间的相互作用是生物矿化研究中一个核心的问题。本研究利用生物矿化的原理，通过探讨纳米羟基磷灰石和谷氨酸在牙釉质修复中的相互作用，拟发展出一种简单有效地直接使牙釉质再生的方法，利用材料学的显微分析策略，从成分、结构、功能和防御性能等四个方面进行论证，筛选可用于体外釉质再生理想试剂和新的方法，最终实现牙釉质结构的再生。

釉质结构缺损的仿生重建原理，是利用有机分子模板对无机物的成核生长及组装过程进行有效的调控，最终获得釉质的再生。生物矿化是有机基质调控矿化的过程，将生物大分子的自组装和纳米合成技术联合应用，有望能够模拟生物矿化过程，在体外实现釉质再生。本课题组前期工作已经证实纳米级羟基磷灰石可以在体外具有可以修复软化釉质的能力，但仅通过单一组分进行再矿化修复速度极慢，很难应用于临床。我们假设如果模拟体内矿化过程，在体外再矿化过程中引入有机基质，可以促进体外再矿化效果。本项目将具有双羧基的谷氨酸引入纳米羟基磷灰石的矿化体系，利用谷氨酸对磷酸钙的(001)晶面的吸附特性，初步探讨体外釉质仿生的可能性。按照前期工作的方法，利用材料学的显微分析策略，从成分、结构、功能和防御性能等四个方面进行论证：原子力显微镜、透射电镜和扫描电镜观察再矿化釉质的表面和表面下层的纳米显微结构；纳米压痕仪连续刚度法测量釉质表面的纳米硬度和弹性模量，并对残余压痕形貌进行观察；激光共聚焦扫描电镜观察荧光染色后的釉质表面，比较再矿化颗粒对脱矿位点保护作用；微区XRD和电子探针分析釉质层表面物相，晶体大小和元素化学成份。结果显示加入谷氨酸后，纳米羟基磷灰石再矿化组能够显著降低釉质表面粗糙度，增加釉质表面纳米硬度和弹性模量，以及新生HA晶体的大小；同时新生的釉质层仍然保留着天然釉质的2~5及纳米结构以及各向异性的特征，新生釉质层抗酸性以及与基底的吸附性也更强。提示谷氨酸对促进体外矿化过程中具有一定的作用，进一步表明有机基质调控矿化进程具有一定的研究意义。本项目研究的结果对釉质体外再生具有一定的参考价值，为进一步优化体外生物矿化方案提供了一定的理论依据。