2年时间里，浙江大学校医院、浙江大学医学院附属口腔医院源源不断地提供人牙齿标本，接收这些标本的实验室做过实验的牙齿装满了一整盆。

这一盆牙齿的成果最终浓缩成一篇学术论文。8月30日，国际学术期刊《科学进展》（Science Advance）在线发表了“Repair of tooth enamel by a biomimetic mineralization frontier ensuring epitaxial growth”，研究团队发明了一种“药水”——仿生修补液，在牙釉质（enamel）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。

浙江大学化学系教授唐睿康、化学系博士刘昭明为该论文的共同通讯作者，化学系博士邵长鹆系第一作者。据浙江大学官网报道，刘昭明对团队的这次成果非常自信，“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。”

而德国著名生物矿化学家、康斯坦兹大学Helmut Cölfen教授也给出高度评价：这是我所知道的迄今为止最好的牙釉质修复材料，有望在临床上真正实现牙釉质的原位修复。

人体最坚硬的“消耗品”

牙釉质，也称为珐琅质，是牙齿最外层的组织，为哺乳动物体内最坚硬的组织，其摩氏硬度（利用矿物的相对刻划硬度划分矿物硬度的标准）仅比金刚石略低，与水晶相当。

成熟的牙釉质96-99％由无机矿物（主要为钙和磷）组成，其他为水及有机物，这层半透明的物质厚度约为2毫米左右。

邵长鹆介绍，无机矿物含量高达96%的牙釉质近似于一层天然的无机晶体矿物。其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。

正因如此，人类才能够用牙齿自如地切割、研磨食物。

但值得注意的是，牙釉质内部并不具有包括细胞在内的生物有机基质，它不会再生。人类的牙齿一旦由乳牙换成恒牙后，牙釉质就处于被不断消耗的过程不可能过程。口腔内残留食物在微生物作用下释放出酸类，以及酸性饮料等，则会加速牙釉质的消耗。

论文中提到，虽然牙釉质的形成是整个生物发育过程的一部分，但成熟的牙釉质是没有细胞的，损伤后基本不能自我修复。

可以说，龋齿，俗称的蛀牙等牙齿疾病，都从牙釉质的“失防”开始。而龋齿也是全球最常见的慢性疾病之一。

目前临床上常见的复合树脂、陶瓷等修补措施常用于“大洞”修补。此次唐睿康等人则从着眼于牙釉质的小面积缺损，补救时间也更为提前。

此前也有其他实验室的科学家尝试仿生矿化的方法，但由于牙釉质结构的复杂性，过去还无法有效获得与天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。

“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。”刘昭明说。

从“填补”时代到“仿生再生”

唐睿康团队则从生物成骨过程启发。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。”刘绍明说。

由此，研究团队提出了一种全新的修复策略。他们提出，基于HAP（羟基磷灰石）和无定形磷酸钙(ACP)的合理设计结构，可能模拟生物矿化前沿诱导牙釉质外延再生。

团队此前的研究表明，20纳米左右的 ACP颗粒可以吸附甚至组装到牙釉质HAP晶体上，但这些颗粒不能诱导牙釉质晶体外延生长。一般来说，粒子间的结合和融合在较小的尺寸下更容易发生。

然而，一个新的问题出现了：可诱导HAP生长的ACP颗粒的最小尺寸是多少？最近的研究表明，无论是大小为0.95纳米的波斯纳原子簇（Posner’s clusters），还是只有几纳米大小的磷酸钙离子团簇(CPICs)，都可以作为ACP和HAP的基本组成部分。但是，这些超小离子团簇本身极不稳定，可以在几秒钟内自发聚集甚至成核。

研究团队研究出一种新型的磷酸钙团簇（CPICs）。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。新的牙釉质在接下来的48小时内长出。

“龋齿的表面首先形成了一个仿生矿化前沿。”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，让羟基磷灰石长出类似于釉柱结构的晶体，并朝特定的方向有序排列。

实验数据显示，48小时后，牙釉质“长”高了2-3微米。进一步的力学性能测试显示，长出来的人工牙釉质硬度和弹性模量与天然牙釉质的数值几乎相同。而外形上更是“以假乱真”，电镜图辨别不出人工修补痕迹，即使牙医也不能凭借经验分辨出修复前后的牙釉质。

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。

研究团队认为，该研究有望将牙修复从“填补”时代带入到“仿生再生”阶段。

值得一提的是，唐睿康本人门牙上即有一处隐裂。他主动提议未来在自己身上做实验，开展仿生矿化牙釉质修复的验证。

不过，研究团队强调，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。