溶胶-凝胶法合成新型生物活性玻璃对牙釉质早期损伤修复的机制研究

本研究针对牙釉质早期脱矿修复难题，开发了SiO2-CaO-P2O5-MgO-SrO体系生物活性玻璃（BG），通过XRD、ATR-FTIR、SEM和显微硬度测试证实：经15天20% BG处理后，脱矿牙釉质显微硬度提升22.35%，SEM观察到羟基磷灰石（HA）沉积层形成，为无创修复早期龋损提供了新材料方案。

　　

论文解读
牙齿表面的牙釉质作为人体最坚硬的天然材料，其脱矿病变却是全球35亿人罹患龋齿的开端。传统氟化物治疗仅能延缓矿物溶解，而树脂填充需牺牲健康牙体组织。更棘手的是，牙釉质一旦损伤便不可再生，现有修复材料与天然组织的界面结合力差，易导致继发龋。这些临床痛点催生了仿生再矿化技术的研究热潮——能否用与天然釉质成分相似的生物材料，在早期病变阶段实现"无创修复"？

《Next Materials》刊载的这项研究给出了突破性答案。研究人员通过溶胶-凝胶法精准合成含锶镁的纳米级生物活性玻璃（BG），其SiO₂-CaO-P₂O₅-MgO-SrO配方模拟天然釉质成分。72颗离体第三磨牙被分为健康组、脱矿组（37%磷酸处理2分钟）和BG治疗组（20%悬浮液每日处理10分钟，持续15天），采用多尺度分析揭示修复机制。

关键技术方法
研究团队采用四乙氧基硅烷(TEOS)水解构建硅网络，硝酸钙/磷酸三乙酯(TEP)提供钙磷源，硝酸镁/锶增强生物活性。通过700℃热处理稳定结构后，对样本进行X射线衍射（XRD）分析晶体结构，傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）检测化学键变化，场发射扫描电镜（FE-SEM）观察表面形貌，显微硬度仪量化机械性能恢复程度。

研究结果
3.1 X射线衍射分析
XRD图谱显示三组样本在2θ=26°和32°均出现羟基磷灰石特征峰，但BG处理组峰强度显著提升（P>0.05），表明新形成的磷灰石晶体取向与天然釉质一致，不过结晶度差异未达统计学显著性。

3.2 ATR-FTIR光谱研究
v₁ PO₄振动带分析显示，健康组矿物含量显著高于脱矿组（P<0.05），而BG处理组v₃ PO₄带与健康组无差异，证实再矿化产物化学键特性接近天然釉质。1465 cm^-1处的C-O振动峰提示碳酸盐替代磷酸盐的晶格重构现象。

3.3 显微硬度检测
脱矿使釉质硬度暴跌49.6%（从296.47降至178.64 VHN），而BG处理使硬度回升22.35%（达223.58 VHN）。Bonferroni检验证实三组差异均具统计学意义（P<0.001），证明Mg²⁺/Sr²⁺通过增强磷灰石沉积密度提升机械强度。

3.4 FE-SEM表面形貌观察
电镜图像直观显示：脱矿组釉质表面呈蜂窝状侵蚀，而BG处理组形成致密的纳米颗粒覆盖层，能谱分析证实该层为钙磷比1.67的羟基磷灰石，其棱柱状结构与天然釉质相似度达82%。

结论与意义
这项研究证实溶胶-凝胶法制备的锶镁掺杂BG能通过三重机制修复早期釉质损伤：① 酸性环境下快速释放Ca²⁺/PO₄^3-形成过饱和溶液；② Si-OH基团促进HA异相成核；③ Mg²⁺抑制脱矿而Sr²⁺增强晶体稳定性。相较于传统45S5生物玻璃，该材料使再矿化效率提升3.2倍，且无需酸性预处理即可实现釉质-材料化学键合。

临床转化方面，这种BG悬浮液可通过日常护理（如牙膏或漱口水）形式应用，在龋病早期实现"微创干预"。特别值得注意的是，材料中SrO组分对致龋菌的抑制作用（文献显示能降低变异链球菌黏附率41%），使其兼具治疗与预防功能。研究者建议下一步开展pH循环实验验证长效稳定性，并与氟化钠对照评估性价比优势，为推进临床应用提供完整证据链。