《Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials》：Toward Biomimetic Direct Restorations: A Nanofiber-Based Interfacial Strategy to Approximate Dentin–Enamel Junction Behavior
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牙本质-釉质交界（DEJ）是一个生物力学关键界面，能够耗散脆性牙釉质与韧性牙本质之间的应力。然而，当前基于复合树脂（CR）的修复方案无法再现这种功能行为。本项研究评估了将静电纺丝纳米纤维作为顺应性中间层整合到粘接策略中是否能近似DEJ的选定生物力学特性。研究人
牙本质-釉质交界（DEJ）是一个生物力学关键界面，能够耗散脆性牙釉质与韧性牙本质之间的应力。然而，当前基于复合树脂（CR）的修复方案无法再现这种功能行为。本项研究评估了将静电纺丝纳米纤维作为顺应性中间层整合到粘接策略中是否能近似DEJ的选定生物力学特性。研究人员将健康人磨牙切片以获得牙釉质、牙本质和DEJ标本。测量了牙体组织和CR的显微硬度。根据界面策略定义四组：对照组（天然DEJ）、粘接组（仅粘接系统）、流动组（粘接加流动CR）和纤维组（粘接加静电纺丝纳米纤维层）。使用原子力显微镜（AFM）在PeakForce定量纳米力学映射模式下评估Derjaguin–Müller–Toporov（DMT）模量，通过扫描电子显微镜（SEM）分析界面形态，并评估微拉伸粘接强度（μTBS）。牙釉质显微硬度高于牙本质（p<0.05），而CR的值显著低于牙釉质。天然DEJ的DMT模量最低，与其更顺应的行为一致。粘接组和流动组显示出较高的模量值，而纤维组的值与牙本质相当，更接近天然DEJ。微拉伸粘接强度显示实验组间无显著差异，但纤维组的行为更接近对照组。形态学分析表明，纤维增强界面促进了更连续、更整合的界面轮廓。在本研究局限性内，静电纺丝纳米纤维的掺入形成了具有接近DEJ力学特征的顺应性界面层。这一概念验证提示，基于纳米纤维的中间层可能有助于改善树脂-牙本质界面的顺应性行为，代表了直接修复术的一种有前景的仿生策略。
**论文解读：基于纳米纤维的界面策略仿生牙本质-釉质交界行为**
**研究背景与问题**
牙齿由牙釉质、牙本质、牙骨质和牙髓构成，其中牙釉质与牙本质组成的冠部结构在咀嚼中承受复杂载荷。牙釉质矿化度高、硬度大但脆性显著，而牙本质更坚韧并具弹性。两者之间由牙本质-釉质交界（DEJ）连接，该界面宽约2–15 μm，凭借其梯度成分、波形（scallop）形态及粘弹性特性，在应力耗散与裂纹偏转中发挥关键作用。然而，当前基于复合树脂（CR）的直接修复技术无法复制DEJ的功能行为，导致修复体抗折性不足。虽有纤维增强系统（如玻璃纤维网、聚乙烯纤维网等）用于牙本质修复，但其厚度通常超过1 mm，远大于天然DEJ的微米级尺度。静电纺丝纳米纤维膜可制备成与DEJ厚度相当的顺应性层，但尚无研究探索其用于恢复DEJ特性的效果。因此，本研究旨在评估将静电纺丝纳米纤维作为中间层整合于粘接修复中，是否能使树脂-牙本质界面的力学行为接近天然DEJ。
**研究内容与结论**
研究人员选用健康人磨牙（来源：18–35岁捐赠者，经伦理委员会批准），制备牙釉质、牙本质及DEJ标本，并测试不同复合树脂的显微硬度。随后，将磨牙样本分为四组：对照组（天然DEJ）、粘接组（仅使用OptiBond FL粘接系统）、流动组（粘接系统后加流动树脂层）及纤维组（粘接系统后加静电纺丝聚己内酯（PCL）纳米纤维层，厚度约42 μm，纤维平均直径625 ± 346 nm）。通过原子力显微镜（AFM）PeakForce QNM模式测量Derjaguin–Müller–Toporov（DMT）模量，扫描电镜（SEM）观察界面形态，并评估微拉伸粘接强度（μTBS）。结果显示，纤维组的DMT模量（352.1 ± 39.0 kPa）与牙本质（306.8 ± 29.2 kPa）及天然DEJ（265.2 ± 16.3 kPa）无显著差异，而粘接组（563.5 ± 59.9 kPa）和流动组（698.5 ± 119.5 kPa）显著升高。微拉伸粘接强度方面，纤维组（45.2 ± 12.8 MPa）与对照组（52.6 ± 10.6 MPa）无显著差异，且优于流动组（36.7 ± 12.4 MPa）。SEM显示纤维组界面更薄且连续，类似天然DEJ。该研究发表于《Journal of the Mechanical Behavior of Biomedical Materials》。
**主要关键技术方法**
本研究采用以下关键技术：1）静电纺丝法合成PCL纳米纤维膜（参数：25% w/v PCL溶于90%冰乙酸+10%甲酸溶液，流速0.5 mL/h，电压15 kV，接收距离18 cm）；2）Knoop显微硬度测试（载荷0.5 N，时间15 s）；3）原子力显微镜（AFM）PeakForce QNM模式下获取DMT模量映射（探针DNISP-HS，扫描尺寸12 μm×12 μm，分辨率256×256）；4）微拉伸粘接强度（μTBS）测试（横梁速度0.5 mm/min）；5）扫描电子显微镜（SEM）观察截面形态；6）水接触角及光学轮廓仪分析表面粗糙度与润湿性。样本来源为人类磨牙（18–35岁捐赠者）。
**研究结果**
**3.1 Microhardness（显微硬度）** 牙釉质显微硬度（196.0 ± 21.2 HK）显著高于牙本质（54.0 ± 21.2 HK），且从咬合面向颈部递减；复合树脂中，流动树脂硬度最低（13.7 ± 3.9 HK），釉质与牙本质修复树脂间无显著差异。
**3.2 Electrospun fibers（静电纺丝纤维）** 纤维形态均匀无珠粒，平均直径625 ± 346 nm，呈高斯分布；水接触角40.4°±8.3°，表面粗糙度Sa=1.91±0.22 μm，显示亲水性与粗糙表面。
**3.3 DMT modulus（DMT模量）** 牙釉质模量最高（900.9 ± 109.2 kPa），与粘接组及流动组无显著差异；天然DEJ模量最低（265.2 ± 16.3 kPa），仅与牙本质及纤维组相似；纤维组模量（352.1 ± 39.0 kPa）最接近天然DEJ。
**3.4 Morphology of the adhesive interfaces（粘接界面形态）** SEM显示天然DEJ为紧密结合；纤维组呈现较薄、连续的界面，类似DEJ；粘接组与流动组界面可见较厚的粘接树脂层或流动树脂层。
**3.5 Microtensile bond strength（微拉伸粘接强度）** 对照组强度最高（52.6 ± 10.6 MPa），纤维组（45.2 ± 12.8 MPa）与对照组无显著差异（p=0.495），而流动组最低（36.7 ± 12.4 MPa）；失效模式在对照组为50% DEJ断裂、50%牙本质内聚，实验组以粘接失效为主。
**3.6 Superficial properties: Tooth vs. Fiber mat（表面性质：牙齿与纤维膜对比）** 未酸蚀牙本质水接触角最大（77.7°），酸蚀后降低（46.6°），粘接处理牙本质最亲水（26.1°）；纳米纤维膜接触角（40.4°）与酸蚀及粘接牙本质相似。表面粗糙度方面，酸蚀牙本质最高（4.07 μm），纳米纤维膜（1.91 μm）与未酸蚀牙本质（2.49 μm）无显著差异。
**讨论与结论**
讨论指出，天然DEJ的低模量、梯度成分及波形结构使其作为顺应性界面有效耗散应力。本研究中，粘接剂与流动树脂层表现为高模量刚性界面，而纳米纤维层使DMT模量降至牙本质水平，接近DEJ的顺应性行为。纤维组界面更薄的形态及提高的粘接强度进一步支持其仿生潜力。研究局限性包括缺乏老化试验、仅评估单一牙位与区域，且为概念验证。最终结论翻译如下：
“在本实验室研究的局限性内，静电纺丝纳米纤维的掺入形成了具有形态学和力学特性接近牙本质-釉质交界的顺应性界面层。这一仿生方法可能代表一种有前景的策略，以增强粘接修复体的生物力学性能，尽管仍需进一步长期和临床研究。”
