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动物牙齿经过漫长进化,形成了特有的适应各自口腔环境和咀嚼功能的几何形态和微观结构,具有优异的摩擦学性能,而人们对其作用机制知之甚少。牙齿的摩擦学性能与其酸蚀和再矿化修复密切相关,研究哺乳动物牙齿的酸蚀与再矿化修复行为,有助于全面揭示牙齿的摩擦学构效关系,不仅可以丰富和发展生物摩擦学的研究内容,而且可以为牙科仿生材料和工程耐磨器件的仿生设计提供重要的理论指导和技术支撑。 本文采用体外模拟实验,选用柠檬酸溶液和人工唾液作为酸性介质和矿化剂,研究了牛、猪和狗三种典型哺乳动物磨牙釉质的酸蚀行为和再矿化修复行为,使用纳米压痕/划痕仪表征了牙釉质酸蚀表面和再矿化表面的纳米力学性能和微摩擦磨损性能,结合表面微观形貌分析,探讨了牙釉质微观结构与酸蚀和再矿化性能之间的关系。取得的主要结果和结论如下: (1)三种哺乳动物磨牙釉质的酸蚀行为存在显著差异。在相同的酸蚀条件下,牛牙釉质的酸蚀深度和酸蚀对牛牙釉质表面力学性能和摩擦学行为的影响均显著低于狗牙和猪牙,猪牙釉质的酸蚀损伤略大于狗牙釉质。酸性介质主要通过牙釉质表面釉柱-釉间质间隙向釉质内部渗透,牛牙釉质的板层结构相对猪牙和狗牙釉质的锁孔结构,单位面积上的间隙相对较少,而猪牙釉质表面单位面积上的间隙最多,因此,牛牙釉质的酸蚀耐受性最好,猪牙釉质最差。 (2)经人工唾液再矿化处理后,酸蚀牛牙釉质和猪牙釉质表面均生成一层与牙釉质无机相成分相似的矿物质沉积,酸蚀表面的纳米力学性能和微摩擦磨损性能显著提高,其中,猪牙釉质表面力学性能的恢复程度明显大于牛牙釉质。牙釉质表面的酸蚀损伤可以通过再矿化得到一定程度的修复,相对于牛牙釉质致密、耐酸蚀的板层结构,猪牙釉质不耐酸蚀的锁孔状结构使得其酸蚀表面出现明显的釉柱-釉间质间隙,更有利于矿化剂向牙釉质酸蚀软化层内部渗透,为其再矿化修复创造条件,因此,猪牙釉质酸蚀表面的再矿化修复效果优于牛牙釉质。