最新Nature:揭示牙釉质中的化学梯度

【引言】

牙釉质是牙齿的重要组成部分，常年承受着巨大的咀嚼力、抵抗机械疲劳以及防止脱落。因此，由于生长发育或者蛀牙造成的牙釉质流失或者功能缺陷则会严重影响人们的身体健康和生活质量。虽然在过去的几十年里，人们对牙釉质的形成机理和功能特点有了深入的了解，对其损伤修复或者体外合成的努力却没有取得巨大的成功。

【成果简介】

美国西北大学的Derk Joester（通讯作者）等人发现牙釉质中的高度分级结构和复杂的化学梯度是阻碍牙釉质材料发展的重要因素。基于这一理解，该团队利用原子级定量成像以及相关光谱学手段展示了牙釉质的精细结构。研究发现，作为牙釉质的基本组成成分，羟基磷灰石晶粒包含有纳米级双层，该双层围绕这富含钠、氟以及碳酸根离子的内核。这一三明治型内核结构则进一步被低浓度的可置换缺陷层包裹。基于密度泛函理论的力学模型和X射线衍射数据表明，化学梯度是残留应力出现的原因，与晶粒内核倾向于在酸性介质中分解的现象一致，因此研究推测残留应力可能影响牙釉质力学性能的恢复。研究认为，这一分级双层结构为牙釉质形成过程中的晶体生长提供了新的模型解释。2020年07月01日，相关成果以题为“Chemical gradients in human enamel crystallites”的文章在线发表在Nature上。

【图文导读】

图1人牙釉质的分级结构

图2 牙釉质晶粒的原子级结构和组分

图3 牙釉质晶粒中的化学梯度及非晶晶界相

图4 可置换层对牙釉质力学、化学性能的影响

图5 牙釉质晶粒生长模型

文献链接：Chemical gradients in human enamel crystallites（Nature, 2020, DOI: 10.1038/s41586-020-2433-3）

本文由材料人学术组NanoCJ供稿。

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