《The Saudi Dental Journal》：Contemporary biomimetic and bioactive materials in paediatric dentistry: a narrative review
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仿生牙科学旨在使用与天然牙组织生物对应物高度接近的材料，恢复天然牙组织的结构与功能。尽管被标示为“仿生性”或“生物活性”的材料在临床中的应用日益增加，但这两个术语之间持续存在的术语学歧义，使证据整合与临床决策复杂化，尤其是在儿童牙科背景下更为突出。本叙述性综述
仿生牙科学旨在使用与天然牙组织生物对应物高度接近的材料，恢复天然牙组织的结构与功能。尽管被标示为“仿生性”或“生物活性”的材料在临床中的应用日益增加，但这两个术语之间持续存在的术语学歧义，使证据整合与临床决策复杂化，尤其是在儿童牙科背景下更为突出。本叙述性综述未进行系统性的偏倚风险评估，提出了一个用于仿生牙科材料的概念性两层级分类框架，将被动仿生材料与生物活性物质加以区分：前者复制牙组织的物理特性，但不诱导生物学反应；后者则主动促进愈合或再矿化。被动仿生材料包括牙科陶瓷和树脂基复合材料。生物活性物质进一步细分为离子释放型材料、生物陶瓷基物质、生物分子/生物诱导系统，以及智能粘接/杂化系统。各类别均依据国际牙科联盟（FDI）2022年关于生物活性修复材料的政策声明标准进行了评价。所提出的分类尚未经过前瞻性验证，其目的在于作为指导临床推理与未来研究的概念框架。不同类别的证据质量差异显著：玻璃离子水门汀和矿物三氧化物凝聚体（MTA）等材料具有大量临床数据支持，而自组装肽P11-4和生物活性粘接系统等新兴方法，目前主要仍由体外研究或短期证据支持。未来研究应优先在儿童人群中开展长期随机对照试验，以验证新兴仿生策略的临床相关性。
1 Introduction
引言部分首先界定了仿生学在修复牙科学中的基本内涵，即模仿天然组织以构建合成替代物。在仿生修复牙科中，核心目标包括两方面：其一，以尽可能接近天然牙组织的修复体恢复受损组织；其二，重建天然牙的生物力学行为。文章指出，随着仿生材料的发展，传统“为预防而扩展”的理念已逐步被微创治疗所取代。作者进一步强调，当前文献中“仿生性”和“生物活性”常被混用，造成材料分类、证据综合和临床决策上的混乱。依据国际牙科联盟（FDI）2022政策声明，仿生材料主要是复制天然生物组织的结构、光学、机械或组成特征，而生物活性材料则需通过明确作用机制诱发生物组织中可测量、特异且有益的反应。针对乳牙和年轻恒牙的特殊解剖与生物学特征，如较薄的釉质和牙本质、较大的髓腔及未闭合根尖，文章指出儿童牙科更需要兼具结构相容性和生物支持能力的材料。基于此，作者提出“被动仿生学”概念，用于描述复制牙体生物力学和功能特性但不引发生物活性反应的材料，并明确本综述的目标在于澄清概念差异、建立两层级分类框架、评估儿童牙科证据基础并提出未来研究重点。
2 Methodology
方法学部分说明，本研究按照叙述性综述评估量表（SANRA）进行实施与报告。研究人员于2025年7月至9月在PubMed/MEDLINE、Scopus、Web of Science及Google Scholar四个数据库开展结构化检索，检索词覆盖“biomimetic”“bioactive”“pediatric dentistry”“glass ionomer cement”“MTA”“Biodentine”“S-PRG”“P11-4”“dental adhesive”“remineralisation”“pulp therapy”等多个主题词及其组合。纳入标准为经同行评审的英文文献，内容涉及儿童牙科或修复牙科中的仿生或生物活性材料；排除会议摘要、非同行评审文献、仅针对成人群体的研究以及超出分类范围的材料。文献筛选由两位作者独立完成，优先采纳系统综述和Meta分析，最终纳入43篇参考文献。文章进一步说明，两层级分类框架是在初始文献回顾过程中，结合FDI 2022政策定义和材料作用机制归纳形成的。作者同时承认，该综述未实施正式偏倚风险评估，最终文献选择仍带有作者判断成分。
3 Conceptual distinction between biomimetic and bioactive materials
这一部分是全文的理论核心。作者指出，任何关于仿生牙科材料的分类，都必须首先精确界定“仿生性”与“生物活性”。仿生材料是指复制天然生物组织某种结构、机械、光学或组成属性的材料，这种复制可以是被动的，也可能附带促进某些生物活动，但其本质判据在于对天然生物蓝图的模仿。相对地，生物活性材料则必须通过明确机制，在活体组织中引发特定、可测量且有益的反应。按照FDI 2022标准，只有同时满足五项条件的材料，才可被称为生物活性材料：机制明确、效应有体外或原位且最好有临床研究支持、作用持续时间已说明、无显著不良生物学副作用、并且不削弱材料的主要修复功能。作者借此说明，并非所有生物活性材料都具有仿生性，也并非所有仿生材料都具备生物活性。例如，牙科陶瓷因其类似釉质的光学和机械特性而属于仿生材料，但不属于生物活性材料；而二胺银氟化物具有明确防龋生物活性，却不模仿任何天然组织结构。对于矿物三氧化物凝聚体（MTA）和Biodentine等硅酸钙类材料，作者认为其可通过诱导成牙本质样矿化基质形成，模拟生理性成牙本质反应，因此属于过程层面的仿生。自组装肽P11-4则被视为分子层面仿生的最明确例证，其氨基酸序列QQRFEWEFEQQ被理性设计用于复制釉质形成期间引导羟基磷灰石成核的细胞外基质支架环境。该部分最终强调，仿生性与生物活性之间并非绝对对立，一个材料可能同时满足两者标准。
4 Passive biomimetics
本节将被动仿生材料概括为牙科陶瓷和树脂基复合材料。牙科陶瓷在表面硬度、弹性模量、光学表现及生物相容性方面与釉质、牙本质较为接近。预成氧化锆冠（PZCs）被认为是预成不锈钢冠（SSCs）的美学替代方案，具有良好的固位、足够的抗折性、对颌牙无异常磨耗且牙龈健康表现更优。然而，PZCs需要更大范围的牙体预备，因此对于焦虑或配合差的儿童，SSCs仍然因就位时间更短而更具优势。对于中度牙体缺损，树脂基复合材料因符合微创理念并具有优良光学和美学性能而被推荐。文章指出，在Ⅰ类洞修复中，复合树脂年失败率较低，继发龋发生率也低于compomer；与银汞合金相比，前3.4年生存率相近，但长期来看银汞合金更优。不过，随着欧盟法规及《水俣公约》推动牙科银汞合金逐步全面淘汰，未来儿童修复决策将主要在无汞替代材料中展开，因此优化仿生复合树脂策略具有现实紧迫性。作者还讨论了复合树脂的操作敏感性、放置时间较长以及较强疏水性等问题。对于前乳牙大范围缺损，复合树脂透明冠因牙体预备少、美观佳、牙龈健康表现优于SSCs和氧化锆冠而具有适应证，但其临床失效形式包括冠折裂、粘接界面脱粘、颜色不稳定与表面降解，因此更适合作为中期修复方案，疗效高度依赖病例选择、隔湿质量和操作者经验。最后，文章提及复合树脂中可能含有双酚A（BPA）及其衍生物，其内分泌干扰风险虽尚未完全明确，但临床上应审慎选材。
5 Bioactive substances
作者将生物活性物质定义为能够促进愈合、增强组织或在活体组织中触发反应的材料，并依据作用机制划分为四个亚类：离子释放型生物活性物质、生物陶瓷基物质、生物分子/生物诱导系统，以及智能粘接/杂化系统。这种扩展分类意在使材料分类更符合儿童牙科的临床需求与机制导向。
5.1 Ion-releasing substances
在离子释放型材料中，玻璃离子水门汀（GICs）家族包括传统型GIC、树脂改良型玻璃离子水门汀（RMGICs）以及聚酸改良系统（compomers）。这类材料共同特征是可与牙体组织发生化学性粘接，但其组成、机械性能和生物相容性存在差异。传统GIC具有良好生物相容性，能释放氟离子以支持再矿化并降低继发龋风险，同时还可释放钠、铝、钙、硅和磷离子，但其机械性能劣于复合树脂，因此不适合高负荷区域。高黏度玻璃离子水门汀（HV-GICs）因玻璃颗粒含量增加而具有更好半透明性及力学性能，新一代玻璃杂化型玻璃离子水门汀（GH-GICs）则表现出相当或略优的机械性质以及更快的离子释放动力学，并依赖保护性树脂涂层增强表面耐久性。RMGICs通过提高强度和缩短操作时间克服部分传统GIC缺陷，在隔湿困难条件下具备优势，但由于前24 h内释放HEMA（2-hydroxyethyl methacrylate）单体，其牙髓生物相容性低于传统GIC。Compomer则操作敏感性较低、缓冲能力较好，但高吸水性会削弱力学强度并导致尺寸膨胀。
5.1.2 Giomer / S-PRG
Giomer是含有表面预反应玻璃离子（S-PRG）填料的一类牙科材料。这种填料在并入树脂基质前已完成预反应，因此使材料兼具复合树脂的美观和力学优势，以及玻璃离子系统的离子释放能力。S-PRG可释放氟、钠、锶、硼、硅酸盐和铝六种离子，在口腔环境中共同发挥再矿化、抗菌和缓冲酸性的作用。现有研究显示，giomer用于乳牙时具有较高生存率、较低术后敏感性及良好美学效果，可作为早期儿童龋（ECC）管理中传统GIC和复合树脂的替代方案。对于窝沟封闭剂应用，文章指出，预先酸蚀可显著提高12个月时giomer封闭剂的保留率，因此在高龋风险儿童中，自酸蚀模式应谨慎使用。作者同时强调，该材料长期临床证据仍不足。
5.2 Bioceramic-based substances
生物陶瓷材料主要指硅酸钙基水门汀，包括矿物三氧化物凝聚体（MTA）及其衍生物，以及三钙硅酸盐材料如Biodentine。其生物活性来源于明确的水化反应：硅酸钙与组织液接触后生成氢氧化钙（Ca(OH)
2）和硅酸钙水合凝胶，形成碱性环境并持续释放钙离子和羟离子，从而促进材料-组织界面羟基磷灰石沉积，进而刺激成牙本质细胞样细胞分化和牙本质样矿化基质沉积。与GIC主要依赖离子释放支持再矿化不同，生物陶瓷可主动诱导牙本质形成和牙骨质形成，因此属于FDI 2022框架下的生物诱导剂。MTA作为第一代硅酸钙类水门汀，具有高生物相容性、优良封闭性、抗炎性以及成骨传导和牙骨质诱导特征，在儿童牙髓治疗中应用证据丰富，适用于直接和间接盖髓及牙髓切断术。但其临床局限包括长达2 h 45 min的凝固时间、操作性差以及因氧化铋显影剂导致牙变色。Biodentine作为第二代硅酸钙材料，自2009年上市以来显著改进了这些问题，凝固时间约12 min，椅旁时间明显缩短，并通过胶囊调拌提高了材料一致性和可操作性。文章指出，Biodentine可诱导成牙本质样基质形成，且未显示细胞毒性和遗传毒性；系统综述和Meta分析提示其在年轻恒牙活髓治疗中的临床和影像学成功率与其他生物陶瓷材料相当，但牙变色率显著低于MTA，因此在儿童前牙中特别有优势。更新近的预混型生物陶瓷材料如NeoPutty MTA也进一步改善了操作性能。对于乳牙牙髓切断及未成熟恒牙根尖诱导成形、根尖屏障形成，硅酸钙类材料仍是优选。
5.3 Biomolecular/bioinductive systems
生物分子和生物诱导系统的特征在于，其生物学效应不是通过离子释放介导，而是由信号蛋白和生长因子直接调控细胞行为。最具临床基础的代表是釉基质衍生物（EMD），商品名为Emdogain
?。EMD主要由成釉蛋白组成，来源于发育中的猪牙釉质基质，在牙根发育期间对牙周组织形成具有关键作用。其作用机制是模拟牙骨质形成的生物信号，促进牙周膜细胞、成牙骨质细胞和成骨细胞的增殖与分化，并刺激TGF-β1、BMP-2和VEGF等关键生长因子的分泌。临床上，EMD在牙周骨内缺损中可显著改善附着水平和探诊深度。但在儿童牙科和牙髓再生中的应用仍处于探索阶段。体外研究显示，EMD可通过激活MAPK信号通路促进牙髓干细胞（DPSCs）向成牙本质细胞方向分化，提示其在牙髓-牙本质再生中的潜力；不过现有体内比较研究表明，EMD在硬组织桥形成方面不如氢氧化钙，在直接盖髓的临床和影像学成功率方面不如MTA。因此，作者认为EMD尚缺乏支持其常规用于儿童牙髓治疗的充足临床证据。
5.4 Smart adhesives / hybrid systems
智能粘接剂和杂化系统代表了仿生牙科的一个新兴方向，其核心在于使粘接层从被动的连接媒介转变为具有生物学功能的修复组成部分。这些系统通过在传统粘接树脂基质中引入生物活性填料，如磷酸钙纳米颗粒、氟磷灰石、生物活性玻璃和释氟化合物，实现修复体-牙体界面的持续再矿化离子释放。文章强调，纳米技术的整合是当代智能粘接剂的重要特征，纳米级磷酸钙和羟基磷灰石填料能显著增加表面积、改善离子释放动力学，并在纳米尺度上更有效地促进脱矿牙本质胶原网络再矿化。商业产品如Clearfil SE Protect Bond和FL Bond II分别通过MDPB抗菌单体和S-PRG填料表现出持续抗菌性与再矿化潜能。然而，这一领域目前仍主要依赖体外研究。其主要临床目标是防止继发龋，因为继发龋仍是修复失败的首要原因，与粘接-牙本质界面的水解降解和细菌渗透密切相关。此类粘接剂通过释放钙、磷、氟离子支持残余脱矿牙本质胶原的仿生再矿化，并可通过MDPB和基质金属蛋白酶（MMP）抑制剂进一步增强界面稳定性。尽管在高龋风险且隔湿困难的儿童病例中前景较大，但高质量随机对照临床试验证据仍明显不足，因此作者将其视为研究性策略。
6 Emerging biomimetic approaches
在新兴仿生策略中，自组装肽P11-4是概念上最先进的代表之一，商品化形式包括Curodont Repair和Curodont Repair Fluoride Plus。P11-4是一种由11个氨基酸组成的肽，其序列QQRFEWEFEQQ被设计用于复制成釉过程中支配釉质矿化的分子支架条件。当接触早期龋损的酸性微环境时，P11-4单体会在病损体内部自组装形成三维纤维状生物基质，重建供钙、磷离子沉积为羟基磷灰石的有机支架，这一过程与天然釉质形成中的细胞外基质引导矿化高度相似。文章指出，P11-4的临床证据已明显增强，系统综述和Meta分析证实，与单纯氟保护漆相比，P11-4在3个月和6个月随访中对病损逆转具有统计学优势；随机对照试验亦显示，P11-4联合氟保护漆可显著增强乳牙白垩斑的再矿化，且未报告不良事件。因此，P11-4同时满足FDI 2022对生物活性材料的五项标准，并在分子层面具有仿生性。另一个具有儿童牙科意义的系统是酪蛋白磷酸肽-无定形磷酸钙（CPP-ACP），其通过在牙面维持过饱和的钙磷储库支持仿生性磷灰石晶体生长，机制上类似唾液钙结合蛋白。文中提到的系统综述和Meta分析显示，CPP-ACP、纳米羟基磷灰石（nHAp）和生物活性玻璃均能显著促进初始釉质病损再矿化，其中nHAp对白垩斑管理效果尤为突出。作者认为，这些方法共同体现了从“材料中心仿生”向“过程中心仿生”的转变，但在常规临床推广前仍需乳牙长期随机对照试验支持。
7 Discussion
讨论部分综合了上述分类框架的临床意义。作者认为，两层级分类法能够同时反映材料作用机制与治疗目的，但在应用时必须结合FDI 2022标准，注意并非所有材料都已具备完整的“生物活性”证据基础。在被动仿生材料中，PZCs在美观和牙龈相容性方面优于SSCs，但较大的牙体预备和较长操作时间限制了其在不合作儿童中的应用。对于复合树脂，全球银汞合金淘汰背景改变了传统比较逻辑，未来重点不再是“复合树脂是否优于银汞合金”，而是哪种仿生复合树脂策略最能在儿童临床条件下复制银汞合金的耐久性。在生物活性材料中，传统GIC与GH-GIC被认为较符合FDI五项要求，但其释氟持续时间受配方、pH和温度影响较大，应进行产品特异性评价。证据质量在不同类别间差异明显：传统GIC和MTA拥有长期随机试验和系统综述支持，而giomer及新型粘接系统主要仍依赖短期或体外证据。生物陶瓷材料尤其是MTA和Biodentine已显著改变儿童牙髓疾病的管理范式，从甲醛甲酚类牙髓切断剂向硅酸钙基材料转变，体现了对生物相容性和组织再生能力的重视。EMD在牙周领域证据扎实，但在儿童牙体牙髓应用方面仍属前临床阶段。智能粘接系统则虽具坚实理论基础，但尚不能充分满足FDI关于临床修复功能保持的要求。P11-4和CPP-ACP等新兴技术被视为从结构模仿走向分子与过程模仿的前沿，其应用潜力值得期待。作者还特别提醒，成本、操作复杂性、对隔湿的敏感性以及操作者经验等现实因素，会显著影响这些材料在儿童牙科中的转化应用。最后，文章承认本综述存在叙述性综述固有的选择偏倚风险，证据异质性较高，且所提分类框架尚未经过前瞻性验证。
8 Conclusion
结论部分指出，本文提出的“被动仿生材料—生物活性物质”两层级分类，为儿童修复牙科中的材料选择提供了一个以作用机制为基础、并结合FDI 2022政策标准审视的连贯概念框架。材料选择应综合循证性能数据、患者个体临床因素及治疗的生物学目标。随着牙科银汞合金在全球范围内逐步退出临床，优化无汞仿生替代材料已成为儿童牙科实践中的现实要求。未来研究应优先开展长期随机临床试验，重点关注智能粘接系统、giomer修复体、自组装肽以及用于牙髓-牙本质再生的生物分子制剂。作者最后提出，纳米技术和人工智能驱动材料设计可能代表下一代仿生牙科材料的发展方向，有望实现对天然牙组织层级结构的更精细重建，甚至达到功能性再生。
