铁元素膳食调控增强竹鼠牙釉质抗损伤能力的多尺度机制研究

来自中国的研究团队通过调控竹鼠膳食铁摄入量，探究了微量元素在牙釉质强化中的作用机制。研究发现铁元素在羟基磷灰石纳米线(HAP)间域(ICDs)富集，形成纳米级模量梯度，显著提升牙釉质的硬度、耐磨性和损伤耐受性，为生物材料优化和人类牙釉质强化提供了新思路。

　　

竹鼠的牙釉质堪称生物界"超级材料"的典范。最新研究发现，通过膳食调控铁元素摄入，能在牙釉质中构建独特的微观强化机制——铁化合物选择性地富集在羟基磷灰石(hydroxyapatite, HAP)纳米线之间的晶间域(intercrystalline domains, ICDs)，形成从晶界到纳米线的径向模量梯度。这种纳米尺度的"钢筋-混凝土"结构，使单个HAP-ICD结构单元的弯曲抗力和界面强度同步提升。

研究团队采用多尺度力学测试证实，高铁含量的牙釉质外层(pigmented layer, PL)展现出更优异的力学性能：维氏硬度提升23%，磨损率降低35%，裂纹扩展阻力增加40%。这种"微量元素梯度强化"策略突破了传统生物材料强度-韧性互斥的瓶颈，为开发新型仿生材料提供了重要启示。

特别值得注意的是，该研究首次揭示了膳食营养与纳米级力学性能的直接关联。通过简单调节竹鼠饲料中的铁含量，就能精准控制牙釉质中铁元素的微区分布。这种通过日常饮食调控生物材料性能的方法，为预防人类牙体缺损提供了极具转化价值的新思路——或许未来通过特制含铁牙膏，就能在牙釉质中构建类似的纳米强化结构。