Как жемчуг из пробирки
Исследовательская группа из Майнца смогла создать крошечные шарики кальцита вокруг синтетического ядра. Впервые стало возможным создавать из неорганических материалов определенную трехмерную форму, начиная только с простых молекул. Это большой шаг вперед в производстве искусственных костей и зубов с использованием только природных материалов. Йорг Кютер и др. Рам Сешадри из группы профессора Вольфганга Тремеля в Университете Майнца объясняет в Angewandte Chemie, номер 18, сентябрь 1998 г., как они вызвали рост кальцита (кальцита), формы карбоната кальция, на субмикроскопической поверхности золота, содержащегося в воде. был приостановлен для кристаллизации. Волшебным ингредиентом был органический парасульфанилфенол. Как только это покрывает частицы золота, кальцит выпадает из раствора и начинают расти кристаллы. В результате получаются микроскопические шарики кальцита, похожие на крошечные жемчужины.
Направление исследований ученых - биоминерализация. Междисциплинарная область, которая простирается от неорганической химии, биохимии, биологии, медицины до геологии. При биоминерализации органическое вещество оказывает значительное влияние на кристаллизацию минералов, заставляя их образовывать формы, которые они не приняли бы сами по себе. Карбонат кальция и фосфат кальция, например, оставляют расти и образуют довольно обычные кристаллы. Однако, если органические материалы вступают в игру, появляются такие структуры, как раковины мидий, жемчуг, кости или зубы.
Кристаллизация также влияет на термодинамический уровень. Например, раковины мидий могут содержать арагонит - также форму карбоната кальция, образование которой не ожидается, поскольку кальцит является более стабильной формой. Или кости: помимо гидроксиапатита - формы фосфата кальция - они также состоят из белков, таких как коллаген, и других веществ. Почему? Секрет кроется в составе органических веществ. Коллаген, например, образует своего рода строительные леса, на которых вещества затем могут кристаллизоваться заданным образом.
Многое о биоминерализации можно исследовать на примере животных. Особенно известны жемчужины, образующиеся при попадании посторонних веществ между раковиной и мантией моллюсков. Рабочая группа профессора Тремела избрала другой подход. Ее интересует не точное воспроизведение роста жемчужины, а понимание механизмов, которые приводят к росту жемчужины. Они надеются, что это даст им представление о том, как формировать кристаллы. Для этого они исследуют только искусственные системы. Вначале были еще двумерные системы, но вскоре исследователи перешли к трехмерному кристаллообразованию. Их целью было максимально приблизиться к природе и действовать биомиметически - ведь раковины, кости и зубы трехмерны.
Благодаря частицам золота, покрытым тиолом, кристаллизация кальцита направляется в другом направлении, чем это происходило бы без частиц золота. Смешанный раствор карбоната кальция и тиола золота дает темно-розовый цвет, который все больше и больше тускнеет в процессе кристаллизации. Полученные бусины опускаются на дно. При ближайшем рассмотрении они оказываются сложным сферическим расположением кальцита, чего ранее не наблюдалось ни в природном кальците, ни в экспериментах, где кальцит образуется на плоских золото-тиоловых поверхностях. Эта конструкция имеет сложность, которая не может быть достигнута с помощью плоских 2-мерных строительных шаблонов.
Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft является оператором этого портала. Его электронные и печатные журналы, в том числе «Spektrum der Wissenschaft», «Gehirn&Geist» и «Spektrum - Die Woche», сообщают о текущих результатах исследований.