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人工智能“智造”智能涂層 破解種植牙融合難關(guān)
2026-03-16 16:07:32
來源:科技日報(bào)  作者: 雍黎

糖尿病、牙周炎患者想種牙,常常面臨“種得上、留不住”的困境。就像在不穩(wěn)固的地基上蓋樓,風(fēng)險(xiǎn)極高。如何讓種植牙能在這種“不友好”的口腔里牢牢扎根,是口腔醫(yī)學(xué)界多年來的重大挑戰(zhàn)。

3月16日,記者從重慶醫(yī)科大學(xué)獲悉,該??谇会t(yī)學(xué)院陳陶教授團(tuán)隊(duì)取得關(guān)鍵突破。他們利用人工智能(AI)“創(chuàng)智”設(shè)計(jì)出一種具有“變色龍”特性的智能新材料,成功破解了種植體周軟硬組織再生難題,讓脆弱的“危房”口腔環(huán)境,變成了能讓種植牙穩(wěn)固生存的“堡壘”。相關(guān)成果近期在期刊《德國應(yīng)用化學(xué)(國際版)》發(fā)表。

AI“算”出材料“智”變

“對于糖尿病或牙周炎患者來說,種牙的難點(diǎn)核心在于:疾病破壞了口腔的‘土壤’環(huán)境,使種植體難以與牙槽骨長牢(即‘骨結(jié)合’)?!标愄战忉?,對糖尿病患者來說,高血糖如同讓“土壤”鹽堿化。它會導(dǎo)致血流不暢,傷口難愈合;身體抵抗力下降,極易發(fā)生感染;還會抑制新骨生長,使得種植體“根基”不穩(wěn)。對牙周炎患者來說,口腔則像一片“炎癥火場”。致病菌持續(xù)存在,隨時可能侵襲種植體周圍引發(fā)發(fā)炎;同時,牙槽骨已被大量破壞,骨量不足,相當(dāng)于“地基”被掏空,需要先費(fèi)力“填土加固”。

陳陶長期深耕口腔種植修復(fù)生物材料領(lǐng)域。在前期研究中,團(tuán)隊(duì)敏銳地捕捉到了“金屬—多酚網(wǎng)絡(luò)(MPN)”這一新型材料體系。他們已成功開發(fā)出多種MPN改性的種植體與基臺,驗(yàn)證了其在促進(jìn)細(xì)胞黏附、抗菌等方面的潛力。然而,隨著研究的深入,一個巨大的挑戰(zhàn)橫亙在團(tuán)隊(duì)面前——MPN體系由金屬離子與多酚分子構(gòu)成,自然界中金屬離子種類繁多,多酚分子結(jié)構(gòu)各異,兩者的理論組合多達(dá)數(shù)十萬種。

傳統(tǒng)研究想找到一種既能強(qiáng)力抗菌、又能高效促生長的理想涂層材料,如同大海撈針。因?yàn)榭赡艿牟牧辖M合高達(dá)數(shù)十萬種,靠人工實(shí)驗(yàn)篩選幾乎不可能。

團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)換思路,讓AI來當(dāng)“超級星探”。陳陶帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個包含數(shù)萬種金屬離子與多酚分子組合的虛擬數(shù)據(jù)庫,利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型,從海量可能性中快速鎖定最優(yōu)解。在AI的助力下,團(tuán)隊(duì)迅速鎖定了鈰、鐵等金屬離子與單寧酸等天然多酚分子的最佳配對。

“變色龍”涂層打造智能“防彈衣”

實(shí)驗(yàn)證明,這種由AI“算”出來的新型涂層材料,擁有神奇的“變色龍”特性,相當(dāng)于為種植體穿上了一層智能“防彈衣”。

在感染環(huán)境下,當(dāng)細(xì)菌大量繁殖、局部環(huán)境變酸時,這種納米材料會迅速切換到“戰(zhàn)斗模式”:一方面像過氧化物酶/氧化酶一樣產(chǎn)生活性氧,另一方面在近紅外光照射下產(chǎn)生熱效應(yīng),協(xié)同清除細(xì)菌及其釋放的致炎信號,平息炎癥風(fēng)暴。當(dāng)材料進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部、處于相對中性的環(huán)境時,它立即“變臉”,切換到“修復(fù)模式”:模擬抗氧化酶清除過量線粒體活性氧,同時幫助恢復(fù)線粒體穩(wěn)態(tài),阻斷炎癥小體過度激活,創(chuàng)造一個有利于骨骼和軟組織生長的友好免疫環(huán)境。

“這就像給種植體穿上了一層智能‘防彈衣’。”陳陶形象地比喻道。這層“防彈衣”不僅能根據(jù)環(huán)境變化自動調(diào)整功能,還兼具黏附性,能像強(qiáng)力膠水一樣,吸引牙齦成纖維細(xì)胞“錨定”在種植體表面,大大增強(qiáng)了種植體的密封性和穩(wěn)定性。

復(fù)雜的動物實(shí)驗(yàn)中,其成效顯著:在糖尿病模型大鼠體內(nèi),涂層顯著提升了種植體的骨結(jié)合率,新生骨量豐富。同時,它更誘使牙齦軟組織緊密“擁抱”種植體,形成了一道密封屏障,實(shí)現(xiàn)了軟組織與硬組織再生的雙重增強(qiáng)。該系列研究成果先后發(fā)表于《生物活性材料》《美國化學(xué)學(xué)會·納米》《先進(jìn)醫(yī)療保健材料》等領(lǐng)域內(nèi)高影響力期刊。

陳陶表示,目前,團(tuán)隊(duì)正致力于打通“AI設(shè)計(jì)—材料制備—臨床應(yīng)用”的全鏈條,推動這項(xiàng)智能技術(shù)真正造?;颊?。

編輯:韓夢晨
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