牙齿充填材料新进展

牙齿充填材料新进展摘要龋齿是一个严重的健康问题，很有必要进行修复。牙科医生通常使用颜色接近于牙齿且具有较好强度的丙烯酸酯复合物作为充填材料。但这种复合充填材料存在一系列的缺点，物理学家和牙科医生正在进行一项跨学科合作开发一种左：充填玻璃离子粘结剂的牙齿的X-射线。图像显示水泥为多孔结构。右：使用中子散射的牙齿图像。可以看到空隙中填充满液体。版权：Benetti,A.R.etal.龋齿是一个严重的健康问题，很有必要进行修复。现在，一种与牙齿颜色接近，且具有相当强度的丙烯酸酯复合物通常被用作牙齿充填材料，因为它可以承受强烈的咀嚼运动。但是这种复合充填材料存在一系列的缺陷，目前物理学家和牙科医生正在进行一项跨学科的合作，开发一种玻璃离子粘结剂材料作为牙齿充填材料。研究结果发表于科学期刊“ScientificReports”上。汞齐，又称为银汞合金，是一种强度很大的材料，但其含有对环境有害的汞。牙科医生已经弃用汞齐了。目前，通常使用复合材料作为牙齿充填材料，但许多复合材料都存在着这样一个缺陷——会产生许多空腔，需要频繁更换。还有另外一个缺陷，为了是复合材料在牙齿上的填充过程更容易进行，必须使用黏合剂。一个跨学科的研究团队决定开发一种新型的无汞材料。最终选择了玻璃离子粘结剂。“玻璃离子粘结剂具有许多优点：它与牙齿黏结时不需要中间层，可以释放有助于防止蛀牙（龋齿）的氟化物。这种有足够强度的材料同时还具有良好的生物性能。因此，为了提高这种材料的性能，我们研究的重点在于材料微观结构与其强度之间的关系。”哥本哈根大学牙科研究所的牙科医生和研究员AnaBenetti解释说。粉末状的玻璃离子粘结剂也具有良好的性质，它可以无需特殊装置而直接手工与液体混合，它不需要光照就能使其变硬（这对复合材料是必要的）。对于非洲、中国以及南美一些偏远的不通电的地区来说，是一个很大的优势。不同的混合方法研究人员研究了两类玻璃离子粘结剂。粘结剂本身是相同的，但混合了酸在里面。他们使用两种不同的液体去混合粉末，包括普通的水以及含有酸的水。现在的问题是哪一种效果更好？他们对粘结剂本身，以及填充进牙齿（包括被拔掉的牙齿和不在人嘴里的牙齿）作为充填材料，都做了一系列的实验。“首先，我们对填充有粘结剂的牙齿进行X-射线拍照，以显示材料的结构。玻璃离子粘结剂是多孔的，可以在3D上得到精确的图像，用以显示其微观结构。”哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所HeloisaBordallo副教授、材料研究员称。HeloisaBordallo解释说，作为材料而言，多孔结构没问题。但孔隙中存在液体，会导致充填材料更容易被破坏，这就有问题了。所以，他们接下来利用中子散射进行拍照分析。中子散射图显示，在所有的液体中都发现有氢原子。相辅相成的研究X-射线和中子实验都是在亥姆霍兹联合会（Helmholtz-Zentrum）柏林中心进行的，实验与欧洲散裂源（EuropeanSpallationSource，ESS）材料研究员、哥本哈根大学尼尔斯·玻尔研究所附属教授MarkusStrobl合作进行。通过比较X-射线和中子图像，可以看出孔隙为干燥或充满液体。决定材料强度的因素不仅仅包括孔的数量，还有液体的移动以及材料本身的结合。因此，为了理解硬化过程发生的化学反应，研究人员在英国和法国进行多天的重复实验。“实验表明，只添加水的粘结剂粉末的强度是最弱的。强度最好的材料是混合有添加了酸的水的水泥粉末。因此，有酸在水中会更好。它有助于使酸更快更好的与粘结剂结合，使得孔隙中的水分更少。”HeloisaBordallo解释。由于孔隙中仍然存在过多的自由液体，研究人员正继续尝试添加天然矿物质到粘结剂中的新的混合物。