蛋壳源生物无定形磷酸钙（BACP）：一种可持续的牙本质再矿化双效材料

为解决牙本质脱矿导致的力学性能下降及传统合成无定形磷酸钙（SACP）稳定性差、缺乏抗菌性等问题，印度SRM科学技术研究院团队开展蛋壳源生物无定形磷酸钙（BACP）的转化研究。通过对比实验发现，BACP具有更均匀的致密结构（SEM验证），显著提升牙本质微硬度至59.97 HV（高于SACP的53.80 HV），Ca/P比达1.64（接近羟基磷灰石），并凭借天然锶（Sr）、锌（Zn）等元素实现对变异链球菌和嗜酸乳杆菌的双重抗菌活性（抑菌圈扩大47%）。该研究为开发兼具再矿化与抗龋功能的生态友好型牙科材料提供新策略。

　　

论文解读

背景：牙本质的"微漏洞"危机

牙本质脱矿是龋病进展的核心环节，酸性环境溶解羟基磷灰石（HAp）晶体后，导致牙本质渗透性增加、过敏甚至缺损。传统再矿化材料如氟化物或合成无定形磷酸钙（SACP）虽能补充钙磷离子，却面临两大瓶颈：一是SACP易转化为稳定晶体相，难以深入胶原纤维实现功能性再矿化；二是缺乏抗菌性，无法阻断致龋生物膜侵袭。与此同时，全球每年废弃的蛋壳含有丰富碳酸钙（CaCO₃），其天然微量元素（如Sr、Mg、Zn）恰能增强磷酸钙稳定性——能否将"废料"转化为"利器"，成为破局关键。

方法与技术路线

印度SRM科学技术研究院（SRM Institute of Science and Technology）团队通过热化学法将蛋壳转化为生物源无定形磷酸钙（BACP），与商业SACP对比：

1. 材料表征：SEM-EDX观察形貌元素，FTIR/XRD分析化学结构与结晶性；

2. 生物相容性：MTT法检测人牙髓干细胞（hDPSCs）活性；

3. 再矿化评估：pH循环模型模拟口腔环境，Vickers微硬度测试、SEM-EDX和XRD量化牙本质修复；

4. 抗菌验证：琼脂扩散法和荧光染色（吖啶橙/溴化乙锭）评价对变异链球菌（S. mutans）和嗜酸乳杆菌（L. acidophilus）的抑制效果。

核心发现

1. BACP的结构与生物活性优势

SEM显示BACP呈均匀致密的球形颗粒（图1B），而SACP为松散团聚体（图1A）。EDX证实BACP含Sr、Mg、Zn等天然微量元素，FTIR中更强的碳酸根（CO₃^2-）峰提示其更接近生物磷灰石结构（图2）。细胞实验表明，BACP在1:8稀释度下hDPSCs存活率显著高于SACP（p<0.01），证实其优越的生物相容性（图4）。

2. 再矿化效能全面领先

经BACP处理的牙本质微硬度达59.97 HV，显著高于SACP组（53.80 HV）和对照组（42.30 HV）（表1）。SEM显示BACP实现87.33%小管封闭率（图5E），EDX检测其Ca/P比为1.64，最接近天然HAp（1.67），而SACP仅1.54（表3）。XRD中BACP在35°（211晶面）的峰强度（1619）高于SACP（1551），表明更强结晶转化潜力（图8）。

3. 双重抗菌机制

BACP对S. mutans和L. acidophilus的抑菌圈扩大35%（p<0.05）（图10），荧光染色显示其使活菌减少62%（图12）。这归因于蛋壳天然Zn²⁺干扰细菌糖酵解，Sr²⁺破坏生物膜完整性（图11）。

结论与意义

研究首次证实蛋壳源BACP具备"再矿化-抗菌"双效功能：其天然微量元素（Sr/Mg）延缓ACP向HAp的转化，实现深度胶原矿化；Zn/Sr协同破坏致龋菌生物膜。该材料将废弃资源转化为高性能牙科材料，为开发兼具生态效益与临床优势的再矿化制剂（如脱敏剂、仿生粘接剂）提供新范式。未来需进一步探索BACP在人体唾液动态环境中的长效性能，以及其促进牙髓干细胞分化的再生潜能。

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术语说明

• pH循环：模拟口腔酸碱波动的体外实验模型

• MTT法：基于线粒体活性检测细胞存活率的标准方法

• 琼脂扩散法：通过抑菌圈大小定量抗菌效能的实验技术

• 荧光染色：利用吖啶橙（绿荧光标记活菌）/溴化乙锭（红荧光标记死菌）区分细菌活性状态