武汉理工大学傅正义院士团队邹朝勇等ACS Nano：生物过程启示的牙齿修复魔法药水，结构重建与生物防护一步到位！
近日，武汉理工大学邹朝勇、傅正义、高冠斌、易璐瑶等人受牙本质生物矿化过程中NCP的重要调控作用启发，设计了具备光热、光动力特性的羧基功能化金纳米颗粒（AuNPs-COOH）作为新型NCP类似物，并构建了纳米颗粒诱导的液相前驱体（NILP），协同实现牙本质仿生再矿化与抗菌功能化。研究发现，这些"智能小金豆"不仅能稳定无定形磷酸钙（ACP）前驱体，还能引导其进入脱矿牙本质胶原纤维内部，实现纤维内矿化，进而重建牙本质层级网络。NILP修复的牙本质不仅力学性能与健康牙本质相当，而且还显示出近红外光响应的长效抗菌特性和良好的生物相容性。该研究打破了传统修复材料功能单一、步骤繁琐的局限，将结构修复与生物防护融为一体，为龋齿治疗提供了全新的解决思路。相关工作以"Synergistic Antibacterial Remineralization: A Bioprocessing-Inspired Single-Step Nanoparticle-Induced Liquid Precursor Strategy for Functional Dentin Repair"为题发表在ACS Nano。
研究背景
龋齿，作为全球第三大常见疾病，不仅影响患者的生活质量，也给社会带来沉重负担。牙本质是牙齿的主体支撑结构，一旦被细菌侵蚀，不仅引发敏感、疼痛，更可能发展为牙髓炎、根尖周炎，甚至全身性感染。恢复牙本质结构并增强其对不良刺激的生物学稳定性，对于龋齿治疗和口腔-全身健康来说都至关重要。有趣的是，在大自然精妙的构筑蓝图中，牙本质的形成是一个被精准调控的过程。其中，非胶原蛋白（NCP）扮演着"引导员"与"建筑师"的关键角色。它们能指导羟基磷灰石（HAP）在I型胶原纤维的纳米级限域空间内，进行高度有序的沉积。正是这一精密的矿化机制，最终赋予了牙本质硬度与韧性兼备的卓越力学性能。长久以来，科研人员试图通过模拟自然生物矿化过程来修复受损牙本质。然而，聚天冬氨酸等经典的有机NCP类似物，虽能有效诱导牙本质再矿化，但仍存在机械强度和生物学活性不足的问题，容易引发"二次蛀牙"。因此，亟需开发一种能突破"结构重建"与"抗菌功能化"双重壁垒的原位修复技术，实现修复牙本质的结构-功能一体化。
文章要点
1. AuNPs-COOH诱导形成液相前体和纤维内矿化
为验证能否用纳米颗粒来模仿NCP的生物学功能这一大胆猜想，研究设计并合成了尺寸约3.4纳米的羧基功能化金纳米颗粒，并将其添加至含有钙、磷酸盐离子的矿化溶液中。结果显示，这些"小金豆"不仅能像天然NCP一样稳定ACP矿化前驱体，还能主动引导其渗透进入胶原纤维内部，实现纤维内矿化。至此，经典的聚合物诱导液相前体（PILP）矿化策略进一步被革新为纳米颗粒诱导的液相前驱体（NILP）矿化策略。
2. Au-ACP再矿化牙本质恢复机械性能
Au-ACP"魔法药水"应用于脱矿牙本质模型后，完美复刻了天然牙本质的层级结构。且由于AuNPs-COOH掺杂于矿化胶原纤维内部，再矿化牙本质呈现出与天然牙本质一致的机械性能（弹性模量24.4 GPa、硬度1.1 GPa），比传统聚合物诱导的再矿化牙本质提升了40%以上。
3. Au-ACP再矿化牙本质呈现近红外光响应抗菌活性
更有趣的是，AuNPs-COOH不仅是"建筑工人"，还是"抗菌卫士"。其局域表面等离子共振效应，使得再矿化牙本质自带"双重抗菌buff"：近红外光照下发挥光热效应和光动力效应。通过热能和活性氧的协同作用，精准杀灭主要致龋菌——变形链球菌。实验显示，在近红外光照下，Au-ACP再矿化牙本质的细菌生物膜减少至对照组的10%-20%，长效抗菌效果显著。
展望
从师法自然到超越自然，这项研究展示了生物过程启示的材料制备新技术的巨大潜能和广阔应用前景。AuNPs-COOH在这里不仅是载体，更是功能的赋予者与过程的调控者。它通过诱导合成Au-ACP"魔法药水"，将结构修复与生物防御合二为一，将复杂的多步流程简化为一步操作，为功能化牙体修复材料的开发提供了全新思路，也推开了智能生物材料探索的新大门。
论文信息
Luyao Yi, Jielong Gao, Zhengrong Yin, Cui Huang, Taolei Sun, Guanbin Gao, Zhengyi Fu, and Zhaoyong Zou, Synergistic Antibacterial Remineralization: A Bioprocessing-Inspired Single-Step Nanoparticle-Induced Liquid Precursor Strategy for Functional Dentin Repair. ACS Nano 2025, 19 (50), 42419–42435. https://doi.org/10.1021/acsnano.5c14982
