绿色化工：仿釉质材料的工程化制备

工程14（2022）113研究绿色化工：软物质仿釉质材料的工程化制备Lingyun Zhang#，Yunfan Zhang#，Tingting Yu#，Liying Peng，Qiannan Sun，BingHan北京大学口腔医学院口腔医院正畸科口腔医学数字化与材料技术国家工程实验室数字化口腔医学北京市重点实验室，北京100081阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2020年2020年11月16日修订2021年2月8日接受2022年5月25日网上发售关键词：再生再矿化非生物釉质仿生A B S T R A C T牙釉质是一种主要由有序排列的羟基磷灰石纳米晶体和交错排列的蛋白质基质组成的生物组织，具有显著的力学和美学性能。然而，自然再生牙釉质是具有挑战性的，并且可能发生潜在的牙髓受累和牙齿脱落牙釉质作为最坚硬的生物复合材料，一直被认为是一种很有前途的承重材料。因此，了解釉质形成过程和釉质结构基序机制对于设计和工程具有高强度和物理弹性的高性能仿生复合材料是重要的。已经进行了大量的研究来模拟牙釉质的微观结构和机械性能，并且已经开发了各种类釉质材料合成方案。本文从仿搪瓷材料的工程化制备出发，综述了近年来仿搪瓷材料合成方法的研究进展，并对其潜在的应用前景进行了讨论。©2022 The Bottoms.Elsevier LTD代表中国工程院出版，高等教育出版社有限公司。这是一篇CC BY-NC-ND许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）中找到。1. 介绍作为牙齿这些优越的特性使牙釉质能够承受广泛的外加载荷和接触应力（0.45然而，一旦牙釉质受损，由于成熟后干细胞的损失，这种非生命结构不能自我再生。因此，如果没有适当的干预措施，脆弱的牙本质和牙髓很可能在釉质缺损发生后不久受到影响，导致牙齿脱落[6]。几十年来，由于现有的常规牙科修复材料（包括金属、陶瓷和复合树脂）的美学效果不令人满意、过度损伤和微渗漏，它们在临床实践中的使用仍然不令人满意。因此，迫切需要釉质样材料来实现理想的治疗效果。*通讯作者。电子邮件地址：kqbinghan@bjmu.edu.cn（B. Han）。#这些作者对这项工作做出了同样的贡献，并分享了第一作者身份。除了牙科应用外，这些有吸引力的搪瓷类材料长期以来一直被认为是交通运输[7]，消费电子和建筑领域的各种应用。许多现有的合成材料在增强韧性的同时保持高刚度和硬度方面已经迅速达到其性能上限[8，9]。在自然界中，生物体中层次结构的进化为仿生材料提供了丰富的可能性[10]，包括解决因此，预期制造的具有与牙釉质相似的性质的材料在未来的医学和其它应用中得到高度利用。迄今为止，已经提出了许多方法用于釉质模拟物以复制牙釉质的多功能性用于各个领域中的应用。在这篇综述中，我们讨论了模仿策略的形成过程和结构图案，并讨论了这些选定的设计概念和制造方法的优点、局限性和未来前景。本综述的合成策略如图所示。1.一、2. 牙釉质：结构和功能天然牙釉质的形成包括分泌和成熟阶段[6]，从原子级到纳米级跨越多个长度尺度。https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.02.0272095-8099/©2022 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engL. Zhang，Y.Zhang，T.Yu等人工程14（2022）113114~~~Fig. 1.仿瓷漆合成策略的示意图。(a)搪瓷状结构的形成;（b）搪瓷匹配机械性能的产生。LBL：逐层。按宏观尺度来衡量。在分泌期，成釉细胞在其表面伸长并延伸出一个突起，即Tomes突.一旦彼此对齐，成熟的成釉细胞开始通过Tomes过程分泌蛋白质，特别是釉原蛋白这种蛋白质基质能够诱导磷酸钙的成核和羟基磷灰石（Ca10（PO4）6（OH）2，HAP）晶体的组织化，以及指导其自身被矿物质取代[13]。每个成釉细胞最终将形成釉质棱柱（直径5μ m），从牙本质-釉质连接（DEJ）延伸到釉质表面[14，15]。在成熟阶段，大部分基质的替换和矿物体积分数急剧增加（从10%牙釉质的分级结构如图2所示[3，17]。当在微米尺度上进行检查时，釉质主要是com-bed。由含有数千个纳米晶体的釉质棱柱和中间棱柱构成，与磷灰石晶格的晶体学c轴平行排列[18]。在釉柱和柱间结构之间，有一个狭窄的空间被一个富含蛋白质的有机层所占据，称为“棒鞘”。牙釉质棱柱的排列和方向从牙釉质表面到DEJ各不相同（图1和图2）。2（c）和（d））[19]。在几乎三分之一的外釉质中，釉质棱柱的排列基本上是平行的，并且该区域的横截面显示出直径为3 -5 μ m的“钥匙孔”排列（图1A和1B）。2（e）和（f））。在釉质的较深部分，釉质棱柱组交叉并缠绕在一起，形成交叉。在表面外的交叉釉质附近，釉质棱柱以更垂直的排列朝向DEJ排列。除了棱柱状釉质外，在釉质的表面处存在薄的无棱柱釉质层，其含有未对齐的HAP微晶。可以得出结论，主要矿物相，晶体牙釉质的生物有机组分是牙釉质进化的机械性能的主要贡献者，其对应于其功能需求[20]。一般认为，主要矿物相（95重量%脱矿釉质显示出较低的硬度（1 GPa）和较低的弹性模量（70 GPa）[21]。关于晶体织构，已经报道牙釉质的硬度和弹性模量从DEJ（硬度3GPa和弹性模量70GPa）到釉质表面（硬度> 6GPa和弹性模量70GPa）增加。模量> 115 GPa）[20]。此外，人们已经认识到，牙釉质的晶体纹理通常沿着DEJ到牙尖的路径更加有序，这使得外部咬合面能够承受最大的咀嚼力[22]。此外，功能尖点，其中观察到的晶体织构是更强烈和有序的垂直于表面，具有较高的抗负荷能力。晶体结构各向异性和有机组分也分布在整个釉质的高韧性中。结构各向异性将应力引导到牙本质，从而抵抗通过裂纹的损伤[23]，并且HAP微晶之间的粘弹性蛋白质膜分散载荷以避免断裂[6]。一般来说，分层结构基序，它合并了硬和相对软的组件在多个长度尺度，是至关重要的牙釉质的机械性能和功能行为。受这些结构模拟原理和功能基础的启发，近年来越来越多的研究人员报道了各种合成方法来制备类搪瓷材料。3. 仿搪瓷材料的合成策略牙釉质匹配功能的复制可以通过两种主要策略来实现。首先，通过包括全牙工程、物理化学釉质复制和生物化学釉质工程的技术，复杂釉质结构的复制决定了与天然釉质相似的合成复合物的功能。第二，釉质匹配功能可以通过调节不同合成复合物的性质来间接复制，例如珍珠质样复合物和表皮样结构。在本节中，我们介绍了最近的搪瓷类材料的合成方法及其成分，技术，成就和限制基于选定的研究。3.1. 釉质样结构3.1.1. 全牙工程基于组织特异性细胞来源、适当的支架材料和诱导生长和分化因子的协作的组织工程已在多个器官中成功得到证实，并导致了临床应用[24]。对于牙釉质，成釉细胞作为分泌矿化相关蛋白以操纵上述釉质矿化过程的关键细胞，是优选的细胞来源之一。因此，研究集中在探索可用和可行的成釉细胞样细胞系，以直接诱导釉质样组织的成核和生长。虽然这些研究已经取得了成釉细胞特性的几个方面，有成功形成釉质结构体外因此，研究人员转向由牙源性胚胎细胞引发的诱导环境。天然牙齿形成过程在早期阶段由上皮为了复制胚胎牙齿的发育过程，模拟诱导环境似乎是一种合乎逻辑的方法。几十年来，无血清、化学成分确定的培养基被广泛用于帽状期小鼠牙齿的体外培养，但几乎没有获得薄层釉质[26]。2007年，Nakao et al.[27]将小鼠胚胎牙胚分离后的上皮细胞和间充质细胞进行重组，在体外和体内均生成了完整和正确的生物工程牙齿。他们的文章提出了牙齿生物工程的基础，并提供了适当的非胚胎细胞来源。L. Zhang，Y.Zhang，T.Yu等人工程14（2022）113115·图二、牙齿釉质结构的插图（a）人类牙齿的示意图;（b）人类牙齿的光学照片;（c）从DEJ到釉质表面的釉质棱镜方向的示意图;（d）反射圆偏振光中釉质棱镜的(b)[2017 - 03-17][2017 - 03 - 17][2017- 03][2017 - 04][2017 - 17][利用牙齿形成早期阶段的天然信号级联，研究表明成年上皮细胞和间充质细胞可以对诱导性牙源性信号做出反应并形成牙齿[28，29]。2004年，Ohazama et al. [28]是第一个重组诱导期胚胎牙上皮细胞和成人骨髓基质细胞，以刺激牙源性反应。在被转移到成年环境（成年小鼠的肾囊和上颌骨）后，牙齿雏形发育成一个可识别的异位牙冠，大小与第一磨牙相似。关于潜在的成人上皮细胞，人牙龈上皮细胞已显示出体外扩增和对小鼠胚胎牙齿间充质细胞应答的能力[29]。人工牙胚植入肾被膜后形成多个齿状结构。虽然生物工程牙齿表现出发育良好的牙根和牙冠，含有良好的区别釉质，整个牙齿的特征复杂的微观结构，从釉质棱柱牙周膜纤维仍然难以实现。考虑到大多数生物工程研究都使用了小鼠模型，医学应用的进一步证据需要来自大型动物模型的数据。2017年，Ono等人[30]报告了在自体移植到重建犬模型中后使用生物工程牙胚成功进行牙齿修复，如图3所示。生物工程牙的超微结构与天然牙相似（Ca/P = 1.95），具有釉质棒等特征。在正畸力的作用下，牙周膜介导的牙齿移动无强直，与牙齿生理功能相似。从理论上讲，全牙工程是仿釉质材料的最终目标，对缺失牙的修复有很大的希望，但离实际应用还很远除了牙胚发育的调控机制尚不清楚外，成功再生的频率低，给定类型的牙齿的有限数量和形态对于医疗应用是限制。此外，牙源性胚胎细胞在体外扩增后失去其牙源性潜力[31]。根据细胞致密化促进分化的理论[32]和基于胚胎牙胚细胞中的3.1.2. 物理化学釉质复制使用HAP纳米晶体的釉质修复和再矿化已经成功地复制了釉质样结构，但是实际上组织化的矿化HAP结构仍然难以获得。采用其他不同的材料，产生了一种搪瓷启发的柱状层次结构，包含一个有机相，被称为3.1.2.1. 釉质样结构的原位生长。（1）磷酸钙离子团簇诱导。早期的研究采用传统的物理方法合成羟基磷灰石，如表面活性剂多库酯钠盐辅助矿化、螯合剂热液矿化、模拟体液矿化等，以生长类釉质结构。然而，受限于极端条件和/或有毒添加剂，合成片状晶体及其对釉质的粘附性差[35]，这些方法通常被修改并作为其他方法的基本过程。HAP和无定形磷酸钙（Ca3（PO4）2nH2 O，ACP）的主要生长单位之一是磷酸钙离子簇（CPIC）[36]。由于CPIC的解离，Yamagishi等人[37]和Onuma和Ito[38]开发了一种白色氟化晶体糊剂，以在受影响部位无缝生长HAP纳米晶体，形成薄的釉质样层（15分钟内20然而，酸膏和高L. Zhang，Y.Zhang，T.Yu等人工程14（2022）113116~~~~图三.生物工程牙的生成与形态学研究。(a)全牙再生示意图;（b）未移植组、天然牙胚移植组和生物工程牙胚移植组的照片;（c）天然牙胚组、天然牙胚移植组和生物工程牙胚移植组的显微计算机断层扫描（CT）图像和组织学分析E：牙釉质; D：牙本质; C：牙骨质; PDL：牙周韧带; AB：牙槽骨; HE：苏木精-伊红。复制自Ref。[30]许可。过氧化氢的浓度可引起牙龈炎症。受生长前沿生物矿化的启发修复层的力学性能接近或略优于天然牙釉质（硬度为（3.84 ± 0.20）GPa，弹性模量为（87.26 ± 3.73）GPa，摩擦系数为0.18 ± 0.008）。修复后的瓷漆的摩擦系数表明，其耐磨性与天然搪瓷相近。然而，修复层的厚度限于2.8μ m。(2) 非晶态陶瓷的湿化学生长。查尔-目前对大多数原位搪瓷修复技术的研究的挑战是制造足够厚的材料，以用于实际材料生产，同时它们通常具有弱的界面连接。因此，研究已经转向HAP纳米棒之间的非晶相[40]。通过原位湿化学生长策略，Wei等人[17]在牙釉质上获得了无定形相容性ZrO2陶瓷涂层（厚度为400nm）（图4（b）），其表现出与天然牙釉质相当的机械性能（杨氏82.5GPa和5.2GPa的硬度）。涂层对表面上的细菌粘附和增殖表现出高抗性，并且通过修复层与基底牙釉质之间的界面上的强化学连接而增强对咀嚼损伤的恢复力。然而，ZrO2陶瓷层仅模仿了HAP纳米棒之间的晶间相，而不是模仿牙釉质的整个分层结构，修复层的厚度仍然有限。3.1.2.2. 釉样结构的从头合成。(1)HAP组装。在牙釉质的自然形成过程中，HAP晶体经历由蛋白质基质和细胞诱导的自组装过程，导致多尺度、高度排列的结构。受此过程的启发，已经开发了用于HAP晶体成核和/或排列的不同驱动力Zou等人[41]报道了直接从三斜磷钙石（CaHPO4）转化的釉质样HAP在碱溶液中，微波加热辅助下，水解的CaHPO4晶格充当HAP成核的模板合成的HAP束（直径为250 nm，长度> 1μm）平行排列，具有釉质样取向。L. Zhang，Y.Zhang，T.Yu等人工程14（2022）113117见图4。使用（a）CPIC和（b）非晶ZrO2原位制备搪瓷状结构及其形态。TEM：透射电镜; R：釉质棒; IR：釉质棒间; HA：羟基磷灰石。（a）复制自Ref。[39]第39话：一个人，一个人，一个人。[17]第十七章许可然而，晶体的大小和釉质样层的厚度仍然与釉质磷灰石不同为了合成一个大的高度对齐的HAP纳米线块，研究人员最近开发了自组装超长HAP高纵横比（> 10 000）的纳米线[42]。在受控的注射过程之后，这些高度取向的HAP纳米线在油酸钠的帮助下构建了3D棱柱状结构[43]。然而，合成的HAP结构表现出L. Zhang，Y.Zhang，T.Yu等人工程14（2022）113118~~机械性能（例如，杨氏模量为13.6GPa），甚至当通过牙科树脂的渗透而增强时也是如此。尽管这种最近的方法说明了合成HAP的自组装能力及其用于打印技术的潜力，但迄今为止令人失望的结果表明合成HAP可能不是从头合成非生物釉质的最佳选择。(2) 逐层（LBL）沉积。LBL技术是一种重复的沉积工艺，其开始于在衬底上形成带电单层第一层吸引带相反电荷的材料在其表面上产生一层;然后，可以吸收新的层，这最终导致多层结构[44]。通过LBL技术，从丰富、廉价的组分制备粘土/聚合物多层纳米复合材料。纳米复合材料表现出非凡的性能，使这项技术一直受到研究人员的关注。 Yeom等人[2]报道了一种利用ZnO纳米线和纳米基质的水热LBL沉积的（ZnO/LBL）n非生物釉质。该复合材料表现出釉质匹配的粘弹性品质因数（VFOM; 0.7-此外，该技术所需的元件丰富且价格低廉，这也是其在实际应用中的明显优势。(3) 3D打印。梯度陶瓷-聚合物复合材料的3D打印Feilden等人[46]在通过计算机控制的喷嘴挤出以构建由软相渗透的分层陶瓷支架的过程中，操纵氧化铝片晶（5 μ m直径）排列（图4B）。 5）。虽然这项研究不是受牙釉质的启发，但复合材料中纳米片的排列与牙釉质的结构设计基础基本一致。机械性能根据纳米片的排列而变化。反丝取向的纤维具有最高的弯曲强度（（202 ± 10）MPa）、压缩强度（452 MPa）和断裂韧性（（3.0 ± 0.3）MPa·m1/2）。类似于交叉釉质棱柱的生物合成Bouligand型结构通过展示增强的韧性和阻力（阻力曲线）为裂纹扩展提供了复合材料的弹性模量也较高这些复合材料的韧性增强，结合其高强度，为各种应用开辟了途径[47]，例如在航空航天和汽车制造中动态字段。对于牙科应用，能够打印更高分辨率的釉质匹配微结构至关重要，这是迄今为止不切实际的。3.1.3. 生化搪瓷工程蛋白质在釉质矿化过程中的无机沉淀中起关键作用[13]。釉蛋白由釉原蛋白、釉蛋白和成釉蛋白组成，对磷酸钙的自然成核和HAP晶体的组织化至关重要。作为主要的蛋白质（体积> 90%），釉原蛋白作为磷灰石晶体的诱导剂和ACP的稳定因子[48]。因此，釉原蛋白或其类似物辅助的控制生物矿化过程的许多方法已被用于再生釉质样结构。凝胶状的富含釉原蛋白的基质在初始釉质形成阶段提供独特的为了模拟釉质的凝胶样基质，已经开发和修改了各种水凝胶矿化模型。然而，如果没有釉原蛋白及其类似物，所得到的晶体层与天然釉质非常不同.报道了一种含釉原蛋白的壳聚糖（CS-AMEL）水凝胶系统，其中Ca-P簇被釉原蛋白稳定并引导，复合链融合并直接在釉质表面上演变成对齐的磷灰石纳米晶体（厚度为加入基质金属蛋白酶-20（MMP-20）时，釉质原蛋白逐渐降解，并且合成釉质层表现出更均匀的取向、增加的模量和增加的硬度（与不含MMP-20的相同水凝胶相比，弹性模量增加1.8倍，硬度增加2.4倍），这防止了蛋白质闭塞。考虑到釉原蛋白的表达和纯化所带来的困难，研究已经探索了可以替代这种昂贵蛋白质的替代分子。全长釉原蛋白的C-末端结构域已被认为是适当的釉质矿物质形成所必需的，其类似物，如富含亮氨酸的选择性剪接釉原蛋白肽[50]和含有釉原蛋白C-末端的合成寡肽两亲物[51]，促进釉质的矿化。2017年，据报道富含亮氨酸的选择性剪接釉原蛋白肽（LRAP）可选择性促进沿c轴的针状晶体排列;然而，该方法仍受到合成束厚度（约2μ m）的限制[50]，图五、通过3D打印制成的梯度陶瓷-聚合物复合材料的形态（复制自Ref。[46]第46话许可L. Zhang，Y.Zhang，T.Yu等人工程14（2022）113119~~~~与使用含有釉原蛋白C-末端的替代分子的其它研究中的方法一样。也有报道称，釉原蛋白和其他酸性釉质蛋白在与ACP相互作用时从无序的无规卷曲折叠成有序的b-片层[52]。因此，通过复制釉质形成期间的这些研究中的大多数受到合成搪瓷层的厚度（1μm）的影响。然而，随着近生理条件下IDPs的探索，Elsharkawy et al.[55]合成的可调分级有序氟磷灰石（Ca5（PO4）3F，FAP）晶体结构（长度和高度为数十微米）显示出与牙釉质匹配的酸和蛋白酶抗性（图6）。但人工晶体的硬度（硬度值为（1.1 ± 0.8）GPa，弹性模量为（33.0 ± 20.1）GPa）仅为天然牙釉质的一半。为了追求更厚的HAP修复层，已报道了釉原蛋白的另一种类似物-即树枝状聚合物-来引导成核并为HAP的矿化提供模板[56]。特别是聚酰胺-胺（PAMAM）树枝状聚合物，其类似于釉原蛋白的超分子组装体，能够调节HAP的大小和形状通过对不同官能团和几代树枝状聚合物的修饰，Chen 等人[57]合成了磷酸盐封端的PAMAM（PAMAM-PO3 H2）和再生的牙釉质棱柱状HAP层（3周内厚度为11.23μm），显示出97%的恢复显微硬度和50 N的此外，在体内再生（6.63μ m厚）实验表明，与其他体外生物化学釉质再生方法相比，PAMAM-PO3H2除釉原蛋白外，还开发了一些其他矿化相关分子的类似物来促进釉质矿化，如[58] 和聚多巴胺[59];然而，修复层的厚度尚未解决。3.2. 生成搪瓷匹配的机械性能3.2.1. 冷冻铸造技术在机械性能方面，理想的搪瓷替代材料必须在足够的硬度、刚度和强度的基础上具有损伤容限和良好的耐久性。在各种材料中，陶瓷和陶瓷基复合材料是一些最有前途的选择[60然而，它们比天然牙釉质和牙本质硬得多和硬得多（例如，氧化钇稳定的四氧化锆多晶体（Y-TZP）的硬度约为12 GPa，比天然釉质硬4倍），并且表现出差的损伤容限和高的裂纹倾向性[1，65]。Tan等人[66]报道了一种双向冷冻铸造技术，用于制造多孔支架，然后用牙科树脂渗透支架（图11）。 7）。冷冻铸造法是一种很有前途的制备珍珠质复合材料的方法。所得到的具有砖和砂浆结构的仿珍珠质复合材料在杨氏模量（（42 ± 4）GPa）、硬度、刚度和强度方面类似于人牙釉质如前所述，冷冻铸造技术可以作为一种其他技术的基础，如磁辅助粉浆浇铸以产生珍珠质样复合材料[67];然而，迄今为止，以这种方式制造的复合材料的机械性能仍然与牙釉质的性能不同。3.2.2. 混合LBL组装技术由于无机晶体与周围蛋白质之间存在明显的动力学特征，天然牙釉质一旦受损，由于缺乏自我修复能力，很难愈合。为了避免牺牲天然牙釉质见图6。使用IDP的分级有序FAP晶体结构的制造和形态。(a)形成机制的说明;（b）分级有序的FAP晶体结构的SEM图像。ELR：弹性蛋白样重组体; CaP：磷酸钙。[55]第55话，一个人的幸福。L. Zhang，Y.Zhang，T.Yu等人工程14（2022）113120见图7。（a）复合材料的形成和（b，c）与（d）牙釉质匹配的硬度和刚度的微观结构的图示。经许可，转载自参考文献[66]。在合成自修复材料时，目标技术应该无缝地整合不同的、匹配良好的成分。受人类皮肤的启发，研究人员在混合LBL组装技术中利用氧化石墨烯（GO）和聚合物[68]。线性LBL膜层中高含量的GO纳米片使合成复合材料具有优异的阻隔和机械性能。沉积在相对软的指数LBL层顶部的这种硬阻挡层导致表皮状分层复合材料。受控的聚合物动力学通过聚合物提供的软缓冲层促进了受刺激的层间扩散，硬层充当密封屏障以实现自修复。这种智能涂层降低了灾难性故障率和维护费用，同时保持了接近牙釉质的高水平硬度（硬度值为（2.27 ±0.09）GPa，弹性模量为（31.4 ± 1.8）GPa），并且高于迄今为止的任何其他自愈合合成膜。这种材料在医疗保健和消费电子等各种应用中都很实用每种策略的选定研究见表1[2，19，30，39，43，46，50，55，57，66，68，69]。4. 局限性和应用前景原则上，HAP生物矿化策略是生产合成类釉质材料的一种非常有效的方法[70]-但合成类釉质磷灰石（包括HAP和/或FAP）结构仍然非常不适合实际应用。虽然全牙再生已被证明是成功的，但如上所述，它仍然非常复杂和难以捉摸。此外，用于产生釉质修复层的物理化学和生物化学方法仍然存在几个问题：①修复层的有限厚度使得它们不切实际，除了用于早期龋。②虽然已经开发了几种方法来获得相对较厚的修复层，但大多数方法都表现出有限的结构复制，与独特的有序分层结构不同长度的釉质。③牙釉质的完整力学性能和增强的多功能性仍未得到实现。牙釉质修复层通常只生长在受影响的牙釉质表面，这似乎是牙釉质修复的一个实际优势。然而，这些方法中的大多数涉及缓慢的生物矿化过程，降低了其原位修复应用的潜力。结合它们产生的有限厚度，这些方法不能应用于体外制造修复材料。最后，釉质结构的有限复制是所有方法的普遍问题。大多数方法不是复制釉质的整个分层结构，而是仅模拟釉质的一小部分，例如用平行棱柱釉质或交叉棱柱观察到的。尽管这些方法已用于生长高度有序的颗粒、胶囊、膜和碳纳米结构，但通过这些方法可以复制牙釉质的程度仍不清楚[71]。因此，通过这些方法生产的材料还不是传统材料的实际替代品。含有外来成分的仿釉质策略通常利用基于各种组分的不同的高度组织的结构设计（类似于或不同于天然搪瓷的那些）来实现搪瓷匹配性能。由此产生的非生物复合材料为各个领域的理想材料开辟了一条新的途径。在牙科材料方面，必须考虑此类复合材料的生物相容性、化学稳定性和表面性质因此，利用生物相容性陶瓷和陶瓷基复合材料可以提供一个聪明的捷径。随着计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）的进一步制造，这些材料可能是有前途的候选人，牙科修复。人们已经认识到，这些方法具有令人满意的工业应用潜力首先，这些方法解决了有限厚度的问题，并且可以批量制造材料，这是先决条件L. Zhang，Y.Zhang，T.Yu等人工程14（2022）113121~表1仿搪瓷材料合成策略的选定研究摘要硬度约为5.2 GPa;弹性增强LBL沉积ZnO纳米线+ a矩阵3D打印氧化铝片价格低廉的组件;搪瓷匹配性能，VFOM为0.7-0.9与牙釉质相匹配的力学性能，具有高的弯曲强度（（202 ± 10）MPa）、压缩强度（452MPa）、高的杨氏模量13.6 GPa极限硬度（1.65 ± 0.06）GPa结构的有限分辨率[二]《中国日报》[46个]MMP-20增强CS-AMEL的生化搪瓷工程更好的均匀定向;机械性能改善，模量和硬度增加（与不含MMP-20的相同水凝胶相比，弹性模量增加1.8倍，硬度增加2.4倍）;防止蛋白质闭塞; HAP组分限制厚度为15[69]第六十九届采用LRAP HAPs再矿化促进有限厚度~2l m[50个]使用IDP FAP的釉质匹配弹性模量(33.0± 20.1）GPa;长度和高度为数十微米的较大结构;釉质-匹配的耐酸和蛋白酶抗性极限硬度（1.1 ± 0.8）GPa;极限结构的复制，因为它进一步成长为一个更大的圆形结构;氟化物成分[55个]PAMAM-PO_3H_2的合成生成搪瓷匹配的机械性能HAP具有再生釉质棱柱状HAP层的釉质匹配机械性能，显示97%恢复的显微硬度; 50 N的粘附力;成功的体内再生实验，厚度为6.63公升有限厚度3周内11.23lm;确切的机械性能未知[五十七]采用双向冷冻铸造技术合成珍珠层结构3Y-TZP + a光固化甲基丙烯酸树脂与釉质匹配的机械性能，以及与釉质匹配的杨氏((42± 4）GPa）、硬度、刚度和强度;高韧性（J-积分断裂韧性约为1.7kJ·m-2，ASTM有效裂纹扩展韧性约为9.6MPa·m1/2）[66]第六十六话混合LBL组装技术在相对软的指数LBL层上沉积硬的线性LBL膜层以模拟表皮结构COF：摩擦系数; R曲线：阻力曲线。a1 gf = 0.0098 N。GO +聚乙烯醇+ 单宁酸牙釉质匹配硬度为（2.27 ± 0.09）GPa，具有自愈能力极限弹性模量为（31.4 ±1.8）GPa;表皮样结构[68个]合成策略方法主要部件成就限制参考文献釉质样结构全牙工程类釉质结构的原位自体HAPs正确的超微结构，如釉质棒;监管不明确[30个]移植与天然牙相似（Ca/P 2.05齿机构重构Ca/P值分别为1.95和1.95胚发育;牙胚功能，与牙周韧带-低效重构不伴强直的响应于正牙力（10gfA，条件数目和形态30天）;体内实验成功牙齿的类型涉及自体移植，牙源性缺失大动物模型体外后电位膨胀物理化学釉质复制类釉质结构的原位使用CPIC，HAPs无缝修补层;优异的机械性能有限厚度[39]第三十九届模仿矿化硬度为（3.84 ± 0.20）弹性模量为（87.26 ± 3.73）GPa，2.8lm，孵育时间48 h前沿COF为0.180 ± 0.008，略高于天然珐琅采 用 原 位 湿 化 学生长技术ZrO2陶瓷与牙釉质匹配的机械性能，杨氏对咀嚼损伤;高抵抗力，有限厚度~400 nm[19个]类釉蛋白的从头HAP组装HAPs细菌粘附和增殖自组装合成HAP;有限的机械[四十三]L. Zhang，Y.Zhang，T.Yu等人工程14（2022）113122用于实际应用。其次，大多数无HAP合成方法实现了增强的硬度、刚度、杨氏此外，其独特的特性，如高VFOM，裂纹扩展的指导和自我修复能力，使他们在几个特定领域的实用。第三，经济考虑被认为与机械性能一样重要。因此，涉及丰富和廉价组分的方法是优选的。进一步的发展可能集中在合成性能超过天然牙釉质的仿釉质材料例如，耐高温材料可以应用于极端环境[72]。从更广泛的角度来看，搪瓷类材料的最终目标是实现复杂性，多功能性，可持续性和自修复能力。虽然牙釉质的矿化和相关的力学过程尚不清楚，报道的理论仍在争论中，但天然牙釉质的探索和复制将为该领域的材料科学提供有趣的进展致谢本工作得 到了国家自然 科学基金（ 51972005 ， 51672009 ，51903003）的资助遵守道德操守准则Lingyun Zhang、Yunfan Zhang、Tingting Yu、Liying Peng、Qiannan Sun和Bing Han声明他们没有利益冲突或财务冲突需要披露。引用[1] 克雷格RG，佩顿FA。牙釉质和牙本质的显微硬度。J Dent Res1958;37（4）：661-8.[2] Yeom B ， Sain T ， Lacevic N ， Bukharina D ， Cha SH ， Waas AM ， etal.Nature2017;543（7643）：95-8.[3] 汤普森副总统牙齿：仿生材料设计与加工的模拟物。牙科材料2020;36（1）：25-42。[4] 张文，张文.下颌牙侧方移动时咬合接触面积的研究。国际修复学杂志2004;17（1）：72-6.[5] WaltimoA，Könönen M. 芬兰年轻非患者的最大咬合力及其与颅下颌关节紊乱症状和体征的关系《牙科学学报》1995;53（4）：254-8。[6] He LH，Swain MV.从牙釉质的结构和成分特征了解其力学行为。J Mech BehavBiomedMater 2008;1（1）：18-29.[7] 李春，丁玲，钟宝.中国青藏高原公路规划与设计：成本-安全平衡视角。工程2019;5（2）：337-49。[8] Zhou T，Song Z，Sundmacher K.大数据为材料研究创造了新的机会：机器学习在材料设计中的方法和应用综述。工程2019;5（6）：1017-26。[9] Takagi J，Wada A.为先进城市和社会提供更高性能的抗震结构。工程2019;5（2）：184-9。[10] Liu A ， Teo I ， Chen DD ， Lu S ， Wuest T ， Zhang ZN ， et al. 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