帅气的工作：“钻”研牙齿的秘密

　　来源：科研圈

　　聚焦在牙齿研究上的科学家，有的在找怎么补牙，有的在看怎么长牙，有的专门去找陈年蛀牙研究古代人的生活。不得不说，这项工作真的酷爆了。

　　撰文 ESTHER LANDHUIS

　　翻译 卓思琪

　　审校 阿金

　　研究者小心操作着医用牙钩和牙钻来治疗牙齿问题，从我们远古祖先那不那么洁白的牙齿上“阅读”着他们的健康史。DRAGONIMAGES/ISTOCKPHOTO

　　几年前，Dean Ho 被一块三明治磕了牙。虽然他的牙医帮他补上了，但没过几个月牙齿又开始摇摇晃晃。这是他在加州大学牙科分校工作的时，一个意外的“惊喜”。

　　“我觉得这是我一辈子最痛苦的事情了。”Ho 回忆道。他是一名生物工程师，带领实验室利用科学、工程理论解决着生物学和药学上的问题。

　　Ho 的牙根内部受到了感染，需要进行根管治疗。许多病人惧怕这个过程：牙医用牙钻钻到牙齿内部，然后刮掉受到感染的组织；之后，将牙齿上钻出的洞用类似橡胶的材料堵上。

　　不过 Ho 对这个填洞的过程却十分感兴趣。

　　他那时候其实不太明白牙根管是什么。这可能算是一个惊喜了，因为他现在在加州大学牙科学院工作了。但是他不对付病人，而是一个生物工程师。他领导着一个实验室，这个实验室用科学、工程的原则来解决生物和药学上的问题。

　　他躺在牙科椅上，嘴里插着各种各样的管子、牙医工具，抬着手玩手机。哦不，他其实是在和牙医进行打字交流。

　　“你在做什么？”“会不会疼？”“还要多久？”

　　他的问题充满了手机屏幕。

　　而当根管治疗结束之后，Ho 又有了更多的问题——这次是作为一个生物工程师会提出的问题。他对牙齿填充材料感到好奇，所以问道：“嘿，伙计，这材料是不是有什么特别之处？有没有其他材料可以更好？”

　　这样的想法如同一把钥匙，打开了创造新材料的大门，为改善根管治疗造福后代铺设了道路。

　　不过，在牙齿上“灵光一闪”的科学家可不止 Ho一人。一位波士顿的生物学家在实验室培养牙齿的时候也受到了类似的启发。对一个考古学家，那些坏掉的牙齿如今也转变成了福音，其中镶嵌的 DNA 片段能为他们提供古代文明中人们饮食和疾病的信息。

　　更好的牙齿填充材料

　　感染会对根管病患带来疼痛。就算牙医对其进行了治疗，但填充牙齿空洞的工作并不完美。这一部位还可能存在着一些漏洞，给细菌留下了再次侵入的机会。

　　纳米金刚石尺寸微小、拥有规则的碳原子结构。该图展示了原子级别的纳米金刚石膜性。由于它多表面的结构可与多种分子相连，因此这些纳米颗粒常用于药物治疗。如今，它作为牙齿填充物也很受欢迎。 　　AmericanChemical Society/Dean Ho Group

　　琢磨着这些问题， Ho 有了想法。Ho 的实验室近年一直在研究金刚石——这里可不是说的商店中闪闪发亮的钻石珠宝，而是超小尺寸的纳米金刚石。它们由一组组碳原子组成。每组比千分之一的头发丝还要小。2007年，Ho 的小组展示了这类纳米金刚石的碳碎片，它们拥有非同寻常的弯曲韧性和强度。这一特性允许这些碳碎片应用到其他重要项目上，比如携带细胞毒性药物去杀死癌细胞。至此，Ho 的团队找到了纳米金刚石更多的用处。利用该材料可以得到更加锐化清晰的医学影像，还能帮助骨骼再生。

　　此时，在牙医的办公室的 Ho 有了另一个主意。用纳米金刚石来制作更好的根管填充物如何？

　　和普通金刚石一样，纳米金刚石非常坚硬。把它们掺入材料可以增加材料的硬度。这些纳米金刚石也能很好的与化合物链接——比如杀菌药物。这些抗生素可抑制感染。将携带药物的纳米金刚石掺入到现有的填充材料之中，可以让根管治疗变得更加可靠。同时，Ho 认为，这样的材料能保护牙齿不再受到感染。

　　回到实验室，Ho 和他的同事便开始设计这一款新型填充剂。他们将这种材料和常用材料相对比。实验用的是已经从病人口中拔出来的牙齿。为了填充一颗受感染的牙齿，填充剂在填充的时候需是粘稠的状态，但是凝固后要变得坚硬。纳米金刚石能满足这一点。而且通过实验室的测试证明，它比传统材料坚固。

　　研究者创造了一种更优的牙齿填充材料，该材料和纳米金刚石结合在了一起。当掺入杀菌药之后，该种材料可以阻止细菌生长。至此，研究者已经在拔出的牙齿上测试了这种材料。AmericanChemical Society/Dong-Keun Lee

　　这一新材料确实可以抗感染。

　　研究者在两种材料的表面上散播细菌，发现新材料表面的细菌死得更多。

　　“如果有害微生物和填充材料接触，这个药物就发挥作用杀灭它们。”Ho 说。他的团队首先在两年前的 ACS Nano上报道了该材料。目前为止他们已经利用该材料尝试着填补三个人的根管。病人在六个月之后进行复查，发现新材料状态良好，而且病人的牙齿也没有再蛀掉。研究者将这些资料报道在2017年的 PNAS 上。目前他们已经将实验扩大到30人。

　　Ho 希望将他的研究能够激励“未来的探险家去继续探索世界”，比如 Ho 自己还没上学的小孩。“如果让小孩子知道我做了什么，他们会不会觉得我很酷？向小孩子科普我的工作，恐怕比技术本身的应用带来的影响更大。”目前，Ho 已经和艺术家合作创作一本漫画书。这本漫画不仅仅解释了什么是纳米金刚石，还说明了纳米金刚石如何被应用。（点击查看漫画）

　　在实验室培育出的牙齿

　　有时候，牙齿烂得太彻底了，根管修复已经修复不了了。取而代之，牙医用颗假牙代替原来的牙齿，或者再重新种植牙齿。然而一般来说，假牙远不达不到理