原子力显微镜案例分享 | 多喝饮料对牙齿有害吗？让我们到纳米的次元看一看

韩国的研究人员借助原子力显微镜 (AFM) 定量地分析了由含糖的碳酸饮料导致的早期阶段牙釉质腐蚀症状。研究表明，随着牙齿接触这些饮料的时间增长，牙釉质的表面粗糙度有所增加，而其弹性模量随之降低。

牙釉质是一种硬质的抗损伤屏障，它可以起到保护柔软的牙齿内层的作用。但是过度暴露在含糖或者酸性的饮料中会导致牙釉质降解，并导致多种牙科疾病。因此为了预防和治疗这些疾病，我们需要了解更多关于牙釉质腐蚀过程的信息，尤其是其早期的一些症状。

韩国科学技术高等学院 (KAIST) 的研究人员利用AFM对这一热点话题进行了研究。他们将人类的牙齿样本分别浸泡在三种市面上较为常见的饮料中约一小时（分别为美汁源橙汁、雪碧以及可口可乐），并在纳米量级上测量它们的形貌以及力学特性的变化。

研究结果表明，样本的表面粗糙度随浸泡时间增长而线性增加，且在浸泡10分钟后达到了5倍的增长。他们还发现有划痕的牙釉质会更容易被腐蚀，这也表明在刷牙时我们需要注意避免过度磨损牙齿。除此以外，在浸泡5分钟后，由于表面结构的腐蚀导致了牙釉质弹性模量降低了5倍。

这些研究成果为这些饮料对于牙釉质的影响提供了重要数据，也彰显了AFM对于在分析牙齿腐蚀等热点问题上的重要作用。

Instrument used

MFP 3D Origin

Techniques used

文中所有的实验都是利用牛津仪器MFP-3D Origin型号AFM得到的，这是一款高性能且具性价比的原子力显微镜。其可以搭载液体池，因而可以在样本浸泡在饮料中时原位进行测试。通过轻敲模式收集到高分辨率的样本形貌图后进而可以通过智能化的分析软件一键获取表面粗糙度的参数Rq。除此以外，研究人员使用金刚石镀层的金字塔型探针进行了力曲线实验。他们利用了牛津仪器开源的AFM操作软件中自动化的GetReal技术，简单而准确地对悬臂的弹簧常数以及灵敏度进行了校准。而弹性模量的数值则由软件结合内置的数学模型对力曲线进行拟合而得到，保证了测量结果的准确性。

参考文献: 

P. Li, C. Oh, H. Kim et al., Nanoscale effects of beverages on enamel surface of human teeth: An atomic force microscopy study. J. Mech. Behav. Biomed. Mater. 110, 103930 (2020). https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2020.103930

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