人类的牙釉质是身体中最坚硬的组织，却也最脆弱。一旦被磨损或酸蚀，就无法自然修复。长时间饮用含酸饮料、刷牙力度过大或随着年龄增长，都会让这层保护层逐渐变薄，导致牙齿敏感甚至龋坏。现代牙科常依赖氟化物牙膏或树脂修补，但这些方法往往只能延缓损伤，并不能真正再生牙釉质。

最近，英国伦敦国王学院的科研团队找到了一种全新的解决思路，利用从头发中提取的角蛋白重建牙齿外层。他们发现，这种常见的结构蛋白在特定条件下能够与唾液中的矿物质结合，形成与天然牙釉质极为相似的晶体层。研究结果显示，这项技术不仅能有效修复早期牙齿脱矿，还具备环保和可持续的优势，或许能在未来改变人们的口腔护理方式。

牙釉质为何不能再生

牙釉质是覆盖在牙齿最外层的一种高度矿化组织， 占牙体重量的90%以上由羟基磷灰石晶体组成。它的硬度约为骨骼的五倍，是人体中最坚硬的组织，主要作用是保护牙本质和牙髓免受咀嚼力、温度变化以及酸性物质的侵蚀。

牙釉质不会再生的原因在于其发育来源和结构特性，牙釉质由牙胚形成早期的成釉细胞分泌，这些细胞会退化或消失，因此再也无法分泌新的釉质。而成熟牙釉质不含细胞和血管，内部也没有代谢或修复机制。即使受到微小损伤，人体自身也无法补充新的矿物质，只能依靠唾液中的钙和磷进行有限的表面再矿化。

因此，一旦牙釉质被酸蚀、磨耗或发生龋坏，损伤就无法自然修复。这也是为何牙科治疗多依赖填充物或涂氟来延缓进一步破坏。

研究人员是如何将头发变成特效牙膏的呢？研究人员首先从羊毛中提取角蛋白，并通过水溶性自组装技术制备成薄膜。这些角蛋白分子能够自发形成有序的β-折叠结构，并在溶液中与钙离子发生结合，建立起初步的矿化模板。当其暴露于含有磷酸根和氟化物的环境中时，角蛋白网络开始诱导羟基磷灰石晶体的成核与生长。扫描电镜观察显示，晶体沿着特定方向逐步排列，形成与天然牙釉质相似的棱柱状结构，晶体间结合紧密且分层清晰。

相比传统使用有机溶剂或化学交联剂的再矿化方法，这一角蛋白体系完全基于水相反应，安全、稳定且可降解。

修复牙齿的新希望

在进一步的实验中，研究团队建立了体外的牙釉质早期脱矿模型，用以模拟人类牙齿被腐蚀。这些区域的矿物质流失导致牙面出现微小孔隙和浑浊外观。研究人员在模型表面涂覆角蛋白溶液，并分别在去离子水、人工唾液以及富含钙磷离子的矿化液中进行培养，观察其修复效果。

扫描电镜结果显示，角蛋白能够渗入牙釉质的微孔中，并在其表面形成均匀连续的有机层。这一层为矿化离子的沉积提供了模板，使新的羟基磷灰石晶体得以沿原有牙釉质棱柱方向生长。经过数天的处理后，受损区域逐渐被新生的晶体填充，形成厚约40–50微米的连续釉质样结构。高分辨透射电镜分析证实，这些新形成的晶体与天然牙釉质在晶格间距和取向上高度一致，说明角蛋白可实现牙釉质结构与功能的双重修复。

角蛋白膜上矿化球晶结构的微观结构（图片来源：参考文献[1]）

性能测试进一步验证了修复效果。经角蛋白处理的样本，其表面显微硬度由0.07 GPa提升至1.5–2.0 GPa，这是什么概念呢？弹性模量约为健康牙釉质的一半以上，远超常见的树脂修复材料。与传统树脂相比，角蛋白不仅实现了机械强度的恢复，还避免了合成树脂中常见的毒性单体和塑料残留问题。

研究人员指出，这种角蛋白材料具有高度可持续性，可从人类头发或羊毛等生物废料中提取，降低生产成本与环境负担。其溶液可制成日常使用的牙膏、涂层凝胶或专业修复剂。团队预计，该技术在经过临床验证后，有望在未来两到三年内应用于牙科护理与早期龋病防治。

从实验结果来看，角蛋白不仅是一种生物兼容性优异的修复材料，也为牙釉质再生提供了新的科学途径。这项研究展示了仿生矿化在临床牙科中的可行性，为解决牙釉质不可再生这一长期难题带来了新的思路。

总结

这项研究展示了利用角蛋白修复牙釉质的科学可行性，也为可持续口腔护理提供了新方向。研究团队通过仿生矿化的方法，让角蛋白在水溶体系中引导羟基磷灰石的生成和排列，使受损的牙釉质重新形成连续的晶体层。这种方法不仅能够恢复牙齿的结构与硬度，还能减少对化学材料和氟化物的依赖。

角蛋白来源广泛，取自人类头发或羊毛等生物废料，可实现资源循环利用，对环境和人体都更加安全。随着后续临床研究推进，这种技术有望发展为新一代牙齿修复产品，为口腔医学提供更自然、环保、有效的解决方案。

参考文献：

[1] Gamea, Sara, et al. "Biomimetic mineralization of keratin scaffolds for enamel regeneration." Advanced Healthcare Materials (2025): e02465.

策划制作

作者丨邵文亚 福建医科大学副教授；杨 超 深圳理工大学科普主管、中国科普作家协会会员

审核丨赵宝锋 辽宁生命科学学会会员、研究员

来源: 科普中国新媒体

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