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基于非经典矿化结晶理论的牙本质仿生再矿化机制及仿生分子的研究进展林轩东【摘要】牙本质再矿化对于预防和治疗牙本质龋、牙本质过敏症都具有重要的临床意义,因此利用生物材料实现牙本质再矿化并形成有序的自然矿化结构一直都是口腔医学界的研究热点.随着对自然矿化机制研究的不断深入,以主张胶原纤维内部矿化作为主要矿化方式的非经典矿化理论逐步取代了经典矿化结晶学说,并已成为当代仿生再矿化新的理论指导.本文就再矿化理念的发展、矿化机制和仿生分子的研究进展作一综述.【期刊名称】《牙体牙髓牙周病学杂志》【年(卷),期】2016(026)008【总页数】6页(P507-512)【关键词】非胶原蛋白;仿生再矿化;微创治疗【作者】林轩东【作者单位】广西医科大学附属口腔医院,广西南宁530021【正文语种】中文【中图分类】R781.2[Key words] non-collagenous protein; biomimetic remineralization; minimally invasive treatment[Chinese Journal of Conservative Dentistry,2016,26(8): 507]目前，龋病仍是最常见口腔健康问题，因此寻求新的治疗方式来阻止龋病的发展日益成为口腔医学界的研究热点。
牙体硬组织脱矿和再矿化之间不平衡的动态过程造成了龋病的不断发展[1]。
随着新的仿生材料不断兴起，微创牙科的治疗理念逐步代替了预防性扩展这一传统的龋病治疗观点; 微创牙科主张最大程度的保留自然牙体组织并恢复其外形、功能和美感[2]。
再矿化是一种通过在脱矿的牙本质基质或晶体表面形成新的矿化物，以达到修复脱矿区目的的微创治疗手段，其不仅能阻止早期龋的发展，还能治疗牙本质过敏症。
牙本质是同时含有无机矿物晶体和有机基质的复合生物材料。
与釉质相比，牙本质含有更多的有机成分(约21% wt)，这些有机成分主要是I型胶原纤维(约92% wt)和少量的非胶原蛋白(NCPs)。
牙本质仿生再矿化的研究进展摘要：保护牙本质界面不受水解和酶降解的影响，对粘接修复体的寿命至关重要。
近年来，以诱导磷灰石在胶原纤维间和纤维内沉淀，仿生类似物相关研究用于混合层再矿化。
再矿化策略取决于剩余的矿物质含量。
在部分脱矿的牙本质中，残留的磷灰石微晶充当钙和磷离子沉淀和晶体生长的成核位点（“自上而下”再矿化）。
在没有微晶的完全脱矿牙本质（如酸蚀牙本质）中，有必要使用非胶原蛋白类似物辅助的矿物纳米前体（“自下而上”再矿化）。
龋病是人类的常见病、多发病之一，在各种疾病的发病率中，龋病位居前列。
其病理机制为无机成分脱矿、有机成分破坏分解的不断进行，釉质和牙本质崩解，最终发生牙体缺损，形成龋洞。
龋洞一旦形成，则缺乏自身修复能力。
目前修复龋齿主要是采用树脂类材料修补缺损，临床上多通过以树脂牙本质粘接为基础的牙色复合树脂材料对龋坏所形成的龋洞进行充填。
其粘接机制是首先用酸蚀剂或酸性树脂单体酸蚀粘接面，使胶原纤维脱矿，进而粘接剂进入裸露的胶原纤维内并与之交联形成混合层。
然而，牙本质一旦酸蚀脱矿后，胶原纤维将因失去矿物质的支持而塌陷。
树脂粘接剂难以完全渗透、包裹脱矿的胶原纤维，使得未被包裹的胶原纤维裸露在粘接界面，形成与龋坏牙本质类似的脱矿结构。
因此，我们急需解决的问题就是如何使脱矿的牙本质再次矿化，恢复混合层中裸露胶原纤维的硬度，使其接近于天然矿化的牙本质，这对龋病预防，和提高粘接界面的稳定性具有重要意义。
1龋病牙本质的再矿化龋病是由脱矿和再矿化之间的不平衡引起的一个动态过程。
龋齿牙本质可分为外龋感染牙本质和内龋影响牙本质。
受龋齿影响的牙本质的矿物分布差异很大，病变深度可延伸至表面以下数百微米[1]。
现代龋齿管理基于保守和预防方法[2]。
这种微创理念避免了不必要的牙齿牺牲，并将龋齿影响的牙本质作为临床粘结基质。
据报道，牙本质粘接剂与受龋齿影响的牙本质基质之间的粘结强度显著低于与非龋齿牙本质之间的粘结强度[3]。
牙本质仿生再矿化摘要：脱矿牙本质的再矿化对于提高牙本质粘结稳定性和控制原发性或继发性龋病具有重要意义。
然而，传统的牙本质再矿化策略不适用于通过酸蚀和冲洗以及自酸蚀粘接剂系统形成的混合层内的完全脱矿牙本质再矿化。
仿生再矿化是解决这个问题的一种不同方法，它试图用液体状无定形磷酸钙纳米前体颗粒回填脱矿牙本质胶原，这些颗粒由非胶原蛋白的仿生类似物稳定。
牙齿是人体中矿化程度最高的组织。
在个体的整个生命过程中，牙齿中的脱矿和再矿化过程共存。
在病理条件下，脱矿超过再矿化[1]。
产酸细菌发酵膳食碳水化合物会产酸，使牙釉质和牙本质脱矿。
随着龋病进展到牙本质，内源性结合的基质金属蛋白酶和半胱氨酸组织蛋白酶的激活将导致胶原纤维的降解和牙本质力学性能的降低[2]。
龋齿的预防和治疗是一项重大挑战。
树脂-牙本质粘结是牙本质脱矿的另一个主要原因。
树脂-牙本质键的形成主要是通过树脂渗透和暴露的胶原纤维缠绕在部分或完全脱矿的牙本质中的微机械保持来完成的。
这是通过使用自酸蚀底漆/粘接剂衍生的酸或酸性树脂单体蚀刻牙本质来实现的，以暴露胶原纤维。
迄今为止，树脂单体不可能完全置换脱矿胶原基质的纤维，尤其是纤维内隔室中的水，并完全渗透胶原网络。
这必然导致粘结界面上出现矿物贫乏、树脂稀疏、富水的胶原纤维[3]。
在酶、温度和功能应力的共同作用下，牙本质混合层内树脂不完全渗透的区域容易降解，导致界面完整性受损、粘结强度降低，最终导致树脂-牙本质粘结失效。
因此，脱矿牙本质的再矿化对于控制牙本质龋齿以及改善牙本质粘结稳定性具有重要意义。
不同的策略用于脱矿牙本质的再矿化。
例如，氟化物、无定形磷酸钙（ACP）释放树脂或含有生物活性玻璃的树脂基粘合剂已被用于提高粘结修复体对继发性龋齿的抵抗力[4]，然而，这些研究大多集中在部分脱矿龋齿牙本质的再矿化，这是基于钙和磷离子在现有磷灰石晶种晶体上的外延沉积。
使用这些传统的基于离子的策略，在没有籽晶的地方不会发生再矿化[5]。
仿生矿化的研究现状及前景摘要：生物矿化，是指由生物体通过生物大分子的调控生成无机矿物的过程。
组成生物矿化材料的主要无机材料广泛存在于自然界中，但是一旦受控于这种特殊的生命过程，便具有常规陶瓷不可比拟的优点，如极高的强度、比较好的断裂韧性、优异的减震性能及其它许多特殊的功能。
研究生物矿化有着极其重要的意义，如通过研究碳酸盐的生物矿化可以考察化学风化、成岩作用、预测古代环境气候，探究全球碳循环及放射性核素和痕量金属在底下水层的活性迁移，可以指导人们仿生合成高级复合材料并为医学上抑制人体内的病理性矿化提供新的解决途径。
1 引言生物矿物的研究始于20世纪20-30年代，这一时期德国、丹麦、瑞典的学者用偏光显微镜对生物矿物进行了系统的观察。
第二次世界大战后的50-60年代，欧洲和美国的学者借助透射电镜和扫描电镜对生物矿物做了深入的研究，并且建立了有机基质的概念。
70年代以来，随着各种微区分析技术的发展，人们可以用各种不同的仪器进行近一步的研究，不仅探明了绝大部分门类的主要矿物的结构和成分，而且将生物矿物的研究逐渐提高到生物无机化学、细胞生物学、分子生物学乃至基因的水平。
我国的生物矿化研究起步较晚，自从1988年我国化学家王夔院士和材料化学家李恒德院士将生物矿化的概念引入国内，国内的生物矿化研究开始逐渐兴盛规模，并且以很快的速度发展【1】。
生物矿化是指生物体在一定的环境条件下构筑基于无机矿物的分级结构的过程。
此过程受到生物环境的高度调控，包括溶液状态、生物大分子以及引导矿物成核和生长的基质。
尽管许多矿化组织的主要成分是无机相，但由于其在结晶和生长过程中受到上生物环境的调控，因此，通过生物矿化过程形成的无机-有机高级杂化材料具有人工合成材料所无法比拟的物理、化学性质。
如：极高的强度和断裂韧性，优异的减震性能等。
此外，生物矿化组织还具有非常强大的生物学功能，呈现出良好的生物相容性。
他们既可以作为生物体的结构支撑，又可以作为生物传感器。
仿生矿化名词解释(一)仿生•仿生是指借鉴自然界生物体的结构、功能和思维方式，应用于工程和设计领域，以解决各种现实问题的一种方法。
矿化•矿化是指物质在水中的溶解过程，通过在溶液中通过化学反应形成新的矿物质。
仿生矿化•仿生矿化是将仿生思维应用于矿化过程中，通过模仿自然界的原理和机制，实现对人造矿物形成的控制和优化。
生物参与的仿生矿化过程•生物晶体的生长：利用生物体内的有机分子，如蛋白质和多糖等，在特定条件下催化晶体形成和生长。
•贝壳的形成：贝壳内部的层层结构由生物体内的纤维素和无机盐相互作用形成。
仿生矿化在材料科学中的应用•智能涂层：通过仿生矿化，制备具有光敏、温敏等功能的涂层，实现自动控制和传感。
–例如，利用光敏材料仿生矿化制备的涂层，可以在受到阳光照射时改变颜色或形状。
•智能材料：仿生矿化可以用来制备具有特定功能的智能材料，如形状记忆合金。
–例如，通过仿生矿化将记忆合金与生物组织相结合，可以实现医疗领域中的智能植入材料。
•环境治理：仿生矿化可以应用于环境治理领域，例如去除重金属离子等有害物质。
–例如，利用仿生矿化制备的材料能够高效吸附水中的重金属离子，实现水质净化和资源回收。
仿生矿化的优势和挑战•优势：–源于自然界的原理，具有良好的可持续性和生物相容性。
–可以制备具有多样化功能的材料，满足不同领域的需求。
•挑战：–还需要深入研究生物体内的复杂机制，以实现更精确的仿生矿化过程。
–制备仿生矿化材料的方法仍需进一步改进和优化，以提高材料的性能和可控性。
结论•仿生矿化作为将仿生和矿化相结合的领域，在材料科学和环境科学等领域具有广泛的应用前景。
通过深入研究生物体的结构和机制，以及模仿自然界的原理，可以开发出具有多样化功能的材料，实现对矿化过程的控制和优化。
然而，随着研究的深入和应用的拓展，我们还需克服挑战，并不断改进和创新，以更好地开发仿生矿化领域的潜力。
模板法仿生物矿化模板法仿生矿化是一种基于模式的仿生方法，旨在模拟生物体中的矿物浓缩和精炼过程，以改善仿生物矿物质资源开发效果。
该方法主要通过分析生物体内矿物精炼过程所涉及的不同模式，以及每种模式的细节来实现。
它将从生物体中释放出的矿物质资源进行有效浓缩和精炼，以获得更大的效用。
模板法仿生矿物资源开发主要是建立在分析和理解生物体中的矿物浓缩和精炼过程的基础上的。
该方法的实施过程包括以下几个步骤：分析生物体内矿物精炼过程，分析各模式的细节；确定合适的模版；采用模版，通过分析的模型构建反应网络；最后，根据构建的反应网络进行模拟，以评估模板法仿生物矿化效果。
仿生矿物资源开发方法实施过程中，主要面对的技术挑战包括：收集有关生物体内矿物精炼过程的相关信息；确定并使用正确的模板构建反应网络；探索反应网络参数空间，以实现效率提高；确定模型参数以及网络结构，以评估模板法仿生矿物资源开发效果；还需要对数据进行分析，以识别反应网络中关键参数之间的关系和规律，以及反应网络中影响矿物质资源浓缩和精炼效果的关键因素。
目前，模板法仿生矿物资源开发已经在多个领域中得到了广泛应用，如矿物精炼、污染物去除等，取得了良好的实际效果。
例如，在水质污染治理方面，模板法仿生矿物资源开发可以有效降低有毒物质，或者通过调控污染物的浓度，实现污染物的清除。
此外，模板法仿生矿物资源开发也可以用于矿物精炼，可以有效提高矿物的品质。
总之，模板法仿生矿物资源开发是一种利用生物体内矿物浓缩和精炼机制进行矿物质资源精炼和提取的方法，旨在提高仿生物矿物质资源开发效果。
它结合了生物学识论、模型分析、生物信息学和数据分析等多学科领域，全面考虑了矿物浓缩和精炼过程中的不同因素，可以有效解决仿生物矿物质资源开发中遇到的技术挑战，可以有效提高仿生物矿物资源的获取效率，解决社会的矿物资源问题。
仿生生物分子材料在牙本质再矿化中的应
用
随着科技的不断发展，仿生学作为一门新兴的学科，已经在许多领域得到了广泛的应用。
其中，仿生生物分子材料在牙本质再矿化中的应用，是一项备受关注的研究领域。
牙本质是牙齿的主要组成部分，它具有很强的硬度和耐磨性，但一旦受到损伤，就很难再生。
因此，如何实现牙本质的再生，一直是牙科领域的研究热点。
近年来，仿生生物分子材料的出现，为牙本质再矿化提供了新的思路和方法。
仿生生物分子材料是一种新型的材料，它是通过模仿生物体内的分子结构和功能，设计和制造出来的。
这种材料具有很强的生物相容性和生物活性，可以与生物体内的组织和细胞进行良好的相互作用。
在牙本质再矿化中，仿生生物分子材料可以模拟天然牙本质中的有机基质，与钙离子结合形成新的矿物质，从而实现牙本质的再生。
已经有许多研究表明，仿生生物分子材料在牙本质再矿化中具有很大的潜力。
例如，一些研究人员利用仿生生物分子材料制备出了一种新型的牙本质再生材料，可以在短时间内实现牙本质的再生。
另外，还有一些研究人员利用仿生生物分子材料制备出了一种新型的牙釉质再生材料，可以在牙釉质受损时进行修复。
仿生生物分子材料在牙本质再矿化中的应用，是一项非常有前途的研究领域。
随着技术的不断进步和研究的深入，相信这种材料将会在牙科领域发挥越来越重要的作用，为人类的口腔健康保驾护航。
