牙釉质

p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" color: rgb(0, 0, 0) " 浙江大学化学系的唐睿康教授即将迎来一次“长”牙的体验。他带领的研究团队发明出 span style=" color: rgb(255, 0, 0) " 一种仿生修补液 /span ，在牙釉质的缺损处滴上两滴，48小时内缺损表面能“长”出2.5微米晶体修复层，其成分、微观结构和力学性能与天然牙釉质几乎一致，并与原有组织无缝连结，浑然一体。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" text-indent: 2em " 德国著名生物矿化学家、康斯坦兹大学 /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(255, 0, 0) " Helmut Cö lfen教授评价说： /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(255, 0, 0) " 这是我所知道的迄今为止最好的牙釉质修复材料 /span span style=" text-indent: 2em " ，有望在临床上真正实现牙釉质的原位修复。 /span /p p style=" text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.5em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" text-indent: 2em " 论文8月30日在线发表在Science Advances（《科学进展》）杂志。论文第一作者为化学系邵长鹆博士，共同通讯作者为化学系刘昭明博士。 /span /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 253px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/7e88c02c-cc13-4911-b042-ee9848485417.jpg" title=" 人牙修复实验.jpg" alt=" 人牙修复实验.jpg" width=" 450" height=" 253" border=" 0" vspace=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 0, 0) " strong 图：人牙修复实验 /strong /span /p p style=" text-align: justify line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" color: rgb(255, 255, 255) background-color: rgb(255, 0, 0) " strong 最“硬”的挑战 /strong /span /p p style=" text-align: justify line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" text-indent: 2em " 资料显示，牙釉质的摩氏硬度（一种相对硬度的表示方法）比金刚石略低，与水晶相当， /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(255, 0, 0) " 是人体中最硬的天然生物材料 /span span style=" text-indent: 2em " 。这层包裹于牙齿表面的半透明的物质，厚度约为2 毫米左右，其无机矿物含量高达96%。邵长鹆介绍， /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(255, 0, 0) " 牙釉质近似于一层天然的无机晶体矿物 /span span style=" text-indent: 2em " ，主要是成分是羟基磷灰石晶体，其排布非常致密，纤维状的纳米羟基磷灰石首先通过紧密聚集形成直径约5微米的釉柱，然后这些釉柱进一步交叉排列形成高度有序的层级结构，让牙釉质坚如磐石，于是我们能够自如地切割、研磨食物。 /span /p p style=" text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 300px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/24fdcbfa-1211-4fd4-a079-3bc56758f44c.jpg" title=" 牙齿的剖面结构.jpg" alt=" 牙齿的剖面结构.jpg" width=" 450" height=" 300" border=" 0" vspace=" 0" / /p section style=" margin: 0px padding: 0px 10px text-align: justify color: rgba(62, 62, 62, 0.94) line-height: 1.8 letter-spacing: 0.5px font-family: -apple-system-font, blinkmacsystemfont, " helvetica=" " pingfang=" " hiragino=" " sans=" " microsoft=" " yahei=" " max-width:=" " box-sizing:=" " background-color:=" " overflow-wrap:=" " powered-by=" xiumi.us" p style=" padding: 0px text-align: center clear: both margin-top: 0px margin-bottom: 0px min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " strong span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word color: rgb(0, 0, 0) " 图：牙齿的剖面结构 /span /strong span style=" margin: 0px padding: 0px color: rgb(160, 160, 160) max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " & nbsp & nbsp /span /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" color: rgb(0, 0, 0) " 牙釉质作为高度矿化的生物组织，几乎可被视为纯无机物，由于缺乏包括细胞在内的生物有机基质，因此无法再生。自恒牙长成的第一天起，牙釉质就在缓慢地消耗着，细菌酵解食物中的糖类物质释放出酸以及酸性饮料都会加速它的消耗。一旦牙釉质的防线被突破，整颗牙就像失去了保护伞。让很多人噩梦般痛苦的蛀牙，都是从牙釉质的破坏开始的。 /span /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" text-indent: 2em margin: 0px padding: 0px max-width: 100% overflow-wrap: break-word color: rgb(255, 0, 0) box-sizing: border-box !important " 修复牙釉质，堪称是仿生领域一项最“硬”的挑战，科学家们没有停止过尝试。 /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 0, 0) " 常见的补牙材料，例如复合树脂、陶瓷和汞合金等，它们几乎发挥着“填料”的功能，适用于“大洞”修补，但对小缺小裂却填不进去，并且与天然组织之间也不能完全结合，所以，补牙之后医生一定会叮嘱你，咬螃蟹，嗑核桃之类的事就属于危险动作了；在其他一些实验室，科学家还尝试了仿生矿化的方法，由于牙釉质结构的复杂性，过去还无法有效获得与天 /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 0, 0) " 然釉质多级结构一致的大面积修复层，达不到临床应用要求，也没能真正在牙齿上实现修复。 /span /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" text-indent: 2em color: rgb(255, 0, 0) " “ span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " 理想的修复方法，应该是材料、结构、力学性能三者的统一，而且能实现原位修复。 /span ” /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 0, 0) " 刘昭明说。 /span /p /section section style=" margin: 0px padding: 0px 10px text-align: justify color: rgba(62, 62, 62, 0.94) line-height: 1.8 letter-spacing: 0.5px font-family: -apple-system-font, blinkmacsystemfont, " helvetica=" " pingfang=" " hiragino=" " sans=" " microsoft=" " yahei=" " max-width:=" " box-sizing:=" " background-color:=" " overflow-wrap:=" " powered-by=" xiumi.us" p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" background-color: rgb(255, 0, 0) color: rgb(255, 255, 255) " strong style=" margin: 0px padding: 0px -ms-word-wrap: break-word !important max-width: 100% box-sizing: border-box " 两滴修补液，“长”出牙釉质 /strong /span /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" color: rgb(0, 0, 0) text-indent: 2em " 唐睿康团队提出了一种全新的修复策略，有望将牙修复从“填补”时代带入到“ /span span style=" text-indent: 2em margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word color: rgb(255, 0, 0) " 仿生再生 /span span style=" color: rgb(0, 0, 0) text-indent: 2em " ”阶段。 /span /p /section section style=" margin: 0px padding: 0px 10px text-align: justify color: rgba(62, 62, 62, 0.94) line-height: 1.8 letter-spacing: 0.5px font-family: -apple-system-font, blinkmacsystemfont, " helvetica=" " pingfang=" " hiragino=" " sans=" " microsoft=" " yahei=" " max-width:=" " box-sizing:=" " background-color:=" " overflow-wrap:=" " powered-by=" xiumi.us" p style=" padding: 0px clear: both margin-top: 0px margin-bottom: 0px min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word text-align: center " img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/208f751c-8725-4c10-bed2-f729ea655f5c.jpg" title=" 不同再生时期，人牙釉质的扫描电镜图片.jpg" alt=" 不同再生时期，人牙釉质的扫描电镜图片.jpg" / /p /section section style=" margin: 0px padding: 0px 10px text-align: justify color: rgba(62, 62, 62, 0.94) line-height: 1.8 letter-spacing: 0.5px font-family: -apple-system-font, blinkmacsystemfont, " helvetica=" " pingfang=" " hiragino=" " sans=" " microsoft=" " yahei=" " max-width:=" " box-sizing:=" " background-color:=" " overflow-wrap:=" " powered-by=" xiumi.us" p style=" padding: 0px clear: both margin-top: 0px margin-bottom: 0px min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word text-align: center " strong span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word color: rgb(0, 0, 0) " 图：不同再生时期，人牙釉质的扫描电镜图片（6小时，12小时和48小时）。蓝色区域是天然牙釉质，绿色区域是修复后的牙釉质。黑色标尺为1微米。 /span /strong /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 5px margin-top: 5px " span style=" color: rgb(0, 0, 0) " 研究团队成员将富含磷酸钙团簇的溶液，用滴管滴在人工龋齿表面，随后将其放入到一个模拟口腔唾液环境的溶液中，等待。接下来的48小时里，虽然肉眼看不出任何变化，但事实上，牙齿表面已经发生了“翻天覆地”的进展——牙釉质长出来了。 /span span style=" color: rgb(255, 0, 0) " “ span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " 龋齿的表面首先形成了一个仿生矿化前沿 /span ” /span span style=" color: rgb(0, 0, 0) " ，唐睿康说，这个仿生矿化前沿能完全的结合在需要修补的牙釉质界面上，同时能引导接下来晶体的外沿生长， /span span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word color: rgb(255, 0, 0) " 让羟基磷灰石长出类似于釉柱结构的晶体 /span span style=" color: rgb(0, 0, 0) " span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " ， /span 并朝特定的方向有序排列。实验测量显示，48小时后，牙釉质“长”高了2~3微米。“也就是说，牙齿上长出了一种连续的材料，一个与原组织一模一样、完全结合的生物结构。”邵长鹆说。 /span /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 5px margin-top: 5px " span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 0, 0) " 刘昭明说，大概在2000年前后，随着观测手段的进步，科学家得以观察到动物的成骨过程，“斑马鱼骨骼的生长，海胆的刺的生长，都是一个在无定形矿物层上实现晶体外延生长的过程，我们发现， /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(255, 0, 0) " span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " 我们对牙的修复过程与生物的成骨过程非常类似。 /span /span span style=" text-indent: 2em " ” /span /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 5px margin-top: 5px " span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 0, 0) " 在临床医生看来，这几乎是目前最接近临床应用的实验室产品。浙大校医院、浙大医学院附属口腔医院的医生们很支持，把一罐罐的牙齿标本往实验室送。“所以我们是直接在人牙上做实验。”邵长鹆说，“ /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(255, 0, 0) " span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " 两年下来，做过实验的牙齿可以装满一个脸盆 /span span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " 。 /span /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(0, 0, 0) " span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " /span ” /span /p /section section style=" margin: 0px padding: 0px 10px text-align: justify color: rgba(62, 62, 62, 0.94) line-height: 1.8 letter-spacing: 0.5px font-family: -apple-system-font, blinkmacsystemfont, " helvetica=" " pingfang=" " hiragino=" " sans=" " microsoft=" " yahei=" " max-width:=" " box-sizing:=" " background-color:=" " overflow-wrap:=" " powered-by=" xiumi.us" p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 5px margin-top: 5px " span style=" color: rgb(255, 255, 255) background-color: rgb(255, 0, 0) " strong 最真牙釉质 /strong /span /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-bottom: 5px margin-top: 5px " span style=" color: rgb(0, 0, 0) text-indent: 2em " “我们用了与人体相同的材料，实现了结构性的完全修复，和本体组织几乎一模一样。”刘昭明对这一研究十分自信。 /span /p p style=" padding: 0px clear: both margin-top: 0px margin-bottom: 0px min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word text-align: center " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 450px height: 395px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/20f9f806-89c3-4a8c-9cdc-2295c7b2ff18.jpg" title=" 单颗人牙的照片.jpg" alt=" 单颗人牙的照片.jpg" width=" 450" height=" 395" border=" 0" vspace=" 0" / /p /section p style=" padding: 0px clear: both margin-top: 0px margin-bottom: 0px min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word text-align: center " strong span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word color: rgb(0, 0, 0) " 图：单颗人牙的照片。左边黑色区域为未修复的牙，右侧黄绿色区域为用我们材料修复后的人牙（颜色是由荧光标记物产生，用于区分两个区域）。两张插入图是修复前后的牙釉质扫描电镜图，白色标尺为1微米。 /span /strong /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word text-align: justify line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" color: rgb(0, 0, 0) " “真”到什么程度？邵长鹆第一次拿修复后的电镜照片给唐教授看，唐教授端详了半天，将信将疑：“这还是原来的牙吧，是不是修复材料脱落了？”没多解释，邵长鹆回去重新做实验。这一次，他建立了对照组，把整颗牙分为两部分，其中一半滴上修补液并修补液里添加了荧光指示剂。这样一来，证据充分了：虽然电镜图辨别不出人工修补的痕迹，但荧光剂指示了修补的具体位置。确实， span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word color: rgb(255, 0, 0) " 人工牙釉质已达到了“以假乱真”的效果，即便是牙医也不能通过已有的经验分辨出修复前后的牙釉质 /span span style=" color: rgb(255, 0, 0) " span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " 。 /span /span /span /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word text-align: justify line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" text-indent: 2em " 研究还进一步测试了修复材料的力学性能，实验人员用纳米压痕技术测试牙釉质修复层的力学强度。结果显示，长出来的人工牙釉质， /span span style=" text-indent: 2em color: rgb(255, 0, 0) " span style=" margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " 其硬度和弹性模量与天然牙釉质的数值几乎相同。 /span /span span style=" text-indent: 2em " “也就是说，我们不但在结构、外形上修复了，在力学性能上也实现了修复。”刘昭明说。 /span /p p style=" padding: 0px clear: both min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word text-align: justify line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" text-indent: 2em " 巧的是，唐睿康本人的门牙上有一处隐裂，牙医说缝太细，目前的医学手段修不了。这项研究有了进展后，唐教授主动提议在自己身上做实验，开展仿生矿化牙釉质修复的验证，届时科学家又要开始“长牙”了。 /span /p p style=" padding: 0px min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word text-align: justify line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" text-indent: 2em " 当然，如果要真正实现临床应用，该项技术还需经历严格的动物实验和临床验证。“虽然我们实现了天然牙釉质的结构性原位修复，但牙缺损形式繁多，下一步需要针对不同的情况进一步研发修复模型，确保可控与有效。”邵长鹆说。 /span /p p style=" padding: 0px min-height: 1em max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word text-align: justify line-height: 1.5em text-indent: 2em margin-top: 5px margin-bottom: 5px " span style=" text-indent: 2em " 这项研究受到了国家重点研发项目，国家自然科学基金和中国博士后科学基金的支持。 /span span style=" text-indent: 2em margin: 0px padding: 0px max-width: 100% box-sizing: border-box overflow-wrap: break-word " 项目结题时，唐教授被修复的牙齿将是其中一份“答卷” strong style=" margin: 0px padding: 0px -ms-word-wrap: break-word !important max-width: 100% box-sizing: border-box " 。 /strong /span /p

引言自 1895 年伦琴发明 X 射线以来，非侵入性成像技术在诊断医学领域产生了深远的影响。20 世纪 80 年代，Jim Elliott 开发了显微 CT，最初用于实验性牙髓研究。随着显微技术的不断发展，凭借其非破坏性 3D 分析的特点，显微 CT 已成为硬组织研究领域的一项重要工具。它在各种牙科领域得到了广泛应用，对相关主题的研究也在逐步增加。本文我们简要为大家分享显微 CT 无损成像技术在牙科研究中的应用。显微 CT 技术在牙科领域的应用领域涵盖了组织工程、用于有限元分析的真实数据识别、确定牙齿中的矿物质浓度，以及人类学研究中牙釉质厚度、颅面骨结构和发育的测量，同时也应用于牙髓研究，用于评估种植体和周围骨(见下图)。显微 CT 为牙髓研究提供了巨大便利，尤其是在识别牙根管形态、检查根管准备情况、评估填充物，并能在治疗后进行检查方面发挥着重要作用。显微 CT 在牙科中的应用01 组织工程学组织工程研究的主要目标是在实验室中构建生物合成器官，以替代患病或损伤的组织。近年来，显微 CT 在组织工程结构支架的研究中扮演重要角色，主要用于表征结构支架的构造、体外结构支架的破坏模式以及聚合物和磷酸钙结构支架中的骨生长。在检查结构支架的破坏过程中，它能清晰显示材料完全丧失的位置，这对于评估结构变化至关重要。简言之，显微CT 可用于研究新生组织的获取和损失组织的确定。在牙槽突裂治疗方面，显微 CT 进行了ɛ -caprolactone（金标准）、自体移植物以及添加到新浓缩胶原中的磷酸三钙聚合物的比较研究。研究结果显示，自体移植物具有最佳的成骨效果，而新开发的材料则展现出与这一标准组相近的效果，添加到胶原蛋白中的磷酸三钙聚合物可以作为组织支架的可行选择。显微 CT 观察新骨形成。(A):0 周标本显示,骨缺损边缘清晰、锐利。(B):术后 4 周标本显示,骨缺损区有新骨生成,成骨量约为原骨缺损的一半，骨缺损区边缘圆钝。(C):术后 8 周示骨缺损区有大部分新骨形成,与原牙槽嘴水平相比,仅有轻度凹陷。图片来源于文献 [1].02 有限元法(FEM)分析数据学近年来，有限元建模(FEM)已经成为一种广泛用于生物力学和物理事件分析的技术。显微 CT 可用于形成牙齿、种植体和牙齿修复体等小物体的有限元模型。工况中牙本质 Von mises 应力分布云图，图片来源于文献 [2].牙齿有限元分析，图片来源于网络03 颅面骨的生长发育显微 CT 无损成像可用于颅面骨生长发育的评估。这种方法的独特性质和更广泛的用途使其成为测量骨结构的新黄金标准技术。显微 CT 成像已用于评估啮齿动物颌骨中牙槽骨重塑、牙周膜厚度变化以及皮质骨和小梁骨变化。大鼠牙槽骨显微 CT 二维图像（上图）。大鼠牙槽骨显微 CT三维图像（下图） ， 三维重建图像直观地反映大鼠牙槽骨骨小梁的改变，图片来源于文献 [3].04 牙齿中矿物质浓度的测定牙齿组织的矿物质浓度可以用化学分析或接触显微放射照相法来测量。然而，这些方法是耗时的过程，并且对组织造成不可逆的损伤。利用显微 CT 可以在不损伤组织的情况下，通过灵敏的测量来确定矿物质浓度。由于该应用中的切片厚度取决于X射线束的大小，因此可以获得比其他方法更精细的切片(如下图)。显微 CT 提供了被扫描物体的完整的三维结构，且 X 射线不透性很好地对应于矿物密度，非常适合检测龋齿病变的脱矿性质。用显微 CT 方法检测，显示矿物质浓度，图片来源于文献 [4]05 釉质厚度的测量人类学研究中常用的釉质厚度测定方法之一是切片测量，然而这种方法会对样品造成无法逆转的损伤。针对化石样本切割导致的损失，该领域需要一种全新的技术。螺旋 CT 虽然可行，但分辨率低，无法提供高质量图像，因此已被淘汰。显微 CT 在测量釉质厚度方面具备所需的高灵敏度，同时又不会对样品造成不可逆损伤。使用这一技术，不仅能确定牙釉质厚度，还可以测量牙釉质、牙本质和牙髓的体积。使用 NEOSCAN 台式高分辨显微 CT 以 9.8 μm 像素大小扫描一颗臼齿，显示牙本质和牙釉质中存在裂纹，填充材料被腐蚀。06 牙髓研究牙齿解剖成像的最新技术已经采用了多种非侵入性成像方法。这些方法使样本可用于其他研究或为先进治疗程序提供控制。传统的临床射线摄影只提供二维信息，缺乏牙齿 X 光的 3D 视角。传统 CT 中的厚切片会降低分辨率，图像质量有限。相比之下，显微 CT 扫描提供丰富信息，切片可在多个平面重建，数据可呈现为 2D 或 3D 图像，内外解剖结构可同时或分别显示，并可进行定性和定量评估,显微 CT 在牙髓病学中已成为硬组织成像的关键工具。 显微 CT 扫描牙齿根管，可视化根管内部详情，图片来源于文献 [4]—07 小结随着数字成像技术的进步，显微 CT 在多个领域，尤其是牙科研究中得到广泛应用。具体应用包括但不限于：1. 观察正畸牙齿移动过程中骨骼变化，评估不同方法、力模型或药物的效果。2. 确定牙槽骨形态和矿物质浓度，观察外科手术材料或方法对愈合过程的影响。3. 测量全身活动（如营养、药物等）对牙槽骨的影响。4. 比较不同骨丢失情况（如牙周炎、根尖周病变）、治疗方法和疗程的影响。5. 通过评估种植体稳定性来确定骨整合情况，比较不同种植体材料和组合物的效果。6. 通过矿物质浓度测量不同病变的脱矿质率。7. 比较牙釉质和牙本质修复中不同处理方法和材料对再矿化的影响。8. 在牙髓学中，对根管进行详细成像，包括确定根管形态和再治疗过程中的各个阶段。相较于其他检测方法，显微 CT 不仅节省时间，而且不会对样品造成永久性损伤,且因其三维成像能力、安全性以及高分辨特性，使其成为牙科研究的首选检测手段。关于 CT 与显微 CT 的区别CT 和显微 CT 的基本区别可以通过两个点来区分：一是光源大小：CT 为 1mm，显微 CT 为 5-10 μm。显微 CT 的更小光源减少了半影，使图像更清晰。二是工作方式：在 CT 中，X 射线源围绕检测样品旋转以形成图像，而在显微 CT 中，X 射线源静止，样品本身旋转。稳定的 X 射线源减少了机械振动，提高了图像分辨率。显微 CT 成像的示意图 参考文献[1]许悦 陈振琦 吴军 李壬媚 刘广鹏. SD大鼠人造牙槽突骨缺损自愈率的显微CT评价 [J]. 中国口腔颌面外科杂志, 2011, 9(2): 126-129.[2] 杜珊珊.不同复合树脂修复下颌第一前磨牙多类型楔状缺损的三维有限元分析[J].浙江临床医学,2020,(4):538-540.[3] 代庆刚, 房兵, 张鹏, 等. 不同去势时间大鼠牙槽骨微结构变化的 Micro-CT 研究[J]. 上海口腔医学, 2014, 23(6): 641.[4] Erpaç al, B., Ad&imath güzel, Ö zkan, & Cangül, S. (2019). The use of micro-computed tomography in dental applications. International Dental Research, 9(2), 78–91.

牙釉质是一种高度钙化的硬组织，具有紧密有序的羟基磷灰石（HAp）纳米晶体排列结构，以满足其所需的力学强度和韧性等性能。目前可通过生物矿化、无机模板合成等方法仿生天然牙釉质的独特结构。然而，上述方法只能在纳米尺度、微米尺度或以粗糙的宏观形状实现单个水平面HAp的有序排列。且天然牙釉质不仅有平行排列的外层结构，还有一定偏转角度的内层结构。更重要的是，其清晰的宏观结构（厚度大于1 cm，尺寸大于1 cm）也进一步增加了制备仿生牙釉质的难度。目前3D打印牙齿从最初的简单材料打印牙齿模型的阶段，到性能优化打印阶段，到进一步混合活性细胞、抗菌材料、生长因子等功能打印阶段，其打印精度和效果在不断地提高，但也并未复刻天然牙齿的各项性能，离临床应用还有较远的距离。 图1. 多尺度、高精度牙冠的3D打印 东华大学纤维材料改性国家重点实验室朱美芳院士、张耀鹏教授受到天然牙齿中牙釉质多阶段生长的启发，基于单分散的“超重力+”HAp基齿科修复树脂材料，采用挤出成型3D打印技术，开发了一种自下而上的逐步组装策略，利用剪切诱导构建了多尺度高度有序HAp结构的高精度仿生牙冠（图1），实现了天然牙的成分（HAp）、结构（紧密有序）以及性能（力学及再矿化）仿生。相关成果以题为3D Printed Strong Dental Crown with Multi-Scale Ordered Architecture, High-Precision, and Bioactivity发表在Advanced Science上，博士生赵梦露为第一作者，北京化工大学博士生杨丹蕾、范苏娜博士、姚响副教授和北京化工大学王洁欣教授为共同作者，张耀鹏教授和朱美芳院士为共同通讯作者。部分实验完成于上海光源BL19U2线站，北京化工大学合作制备“超重力+”羟基磷灰石。 图2. 基于高度有序HAp基复合树脂牙冠的3D打印流程示意图图3. 3D打印牙冠的个性化修复 本工作制备了单分散的“超重力+”HAp基齿科修复树脂材料，使HAp纳米棒均匀且稳定地分散在树脂基体中。根据不同配方浆料的流变学行为，通过理论计算选择了最适合剪切诱导有序的打印墨水配方。并基于此浆料的流变特性，通过计算流体力学设计了具有逐渐收缩通道的定制喷嘴，从而有利于浆料顺利的挤出和稳定的剪切（图1）。以HAp的纳米晶体结构作为基础（原子尺度），到单分散的纳米棒在打印过程中受到剪切诱导而沿着打印方向进行有序的排列（纳米尺度），进一步控制打印路径使其平行排列（微米尺度），在宏观上制备三维高度有序的树脂样品，最后根据牙冠的三维模型，打印出个性化修复的牙冠（图2）。其打印精度可达95%（图3）。由于中断了裂纹扩展，当使用最小直径260 µm的喷嘴进行打印时，取向程度最高，其弯曲强度最高可达138 MPa，压缩强度可达370 MPa，优于传统模具法制备的样品（图4）。其优异的再矿化活性减少了细菌聚集和继发龋齿的机会（图5）。此工作为制备具有独特结构和功能的仿生材料提供了新的思路。图4. HAp基复合树脂的力学性能及断面形貌图 图5. HAp基复合树脂的体外生物活性 此工作得到了国家重点研发计划（2016YFA0201702）及上海市优秀学术带头人项目（20XD1400100）等项目的资助。特别感谢岛津公司宁棉波工程师在Micro-CT测试中提供的帮助。 近年来，张耀鹏教授团队在3D打印仿生生物材料研究方向取得了一系列研究成果（Compos. Sci. Technol., 2021, 213, 108902 Cellulose, 2021, 28, 241-257 Carbohyd. Polym., 2019, 221, 146）。 原文链接：http://doi.org/10.1002/advs.202104001 高分子科技原创文章。欢迎个人转发和分享，刊物或媒体如需转载，请联系邮箱：info@polymer.cn 本文转发自高分子科技公众号本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。