牙釉质材料是牙齿的主要成份，并且能够承受很大的咀嚼力、抵抗机械疲劳、承受长达数十年的磨损。发育缺陷或蛀牙导致的功能缺损或牙釉质的缺失，会严重影响身体健康、生活品质。过去一些年间见证了牙釉质形成过程了深入理解，但是修复这类材料或在体外生长此类材料依然无法实现。这一方面是由于其复杂的多级结构导致，一方面由于化学组成上的梯度变化。美国西北大学Derk Joester等报道了原子级别成像、相应的光谱学研究方法，对Ca₅(PO₄)₃(OH)纳米结晶情况进行研究，发现其中两层纳米层，分别是富含Mg的外层和富含钠，氟和碳酸盐的内层。并且这种三明治结构的核心外层还有一层含有低浓度的替位式缺陷组成的壳结构。通过DFT构建了力学模型，并结合XRD测试方法对其中的化学浓度梯度变化导致的应力进行分析，并通过在酸性溶液中的溶解过程进行验证。此外，这种应力会影响牙釉质的机械弹性。这种多层结构组成的多级结构为釉质发生过程中的生物学控制过程提供了见解。

本文要点：

（1）

化学梯度是产生应力的原因，并且残留的应力会影响牙釉质力学性能的恢复。作者通过一种原子探针层析成像的方法，对材料中不同深度的结构进行逐个原子的精细成像分析，克服了之前由于在透射电子显微镜中的高能电子打击作用导致的材料结构损坏。此外，在液氮冷冻温度中进行STEM模式中的EELS分析。结果显示牙釉质是由纳米级别的Ca₅(PO₄)₃(OH)基长方形晶体组合而成。

参考文献

DeRocher, K.A., Smeets, P.J.M., Goodge, B.H. et al. Chemical gradients in human enamel crystallites. Nature 583, 66–71

DOI：10.1038/s41586-020-2433-3

https://www.nature.com/articles/s41586-020-2433-3