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Nuovo approccio per il video in tempo reale della mineralizzazione del fosfato di calcio

La tecnologia di avanguardia tiene conto il video in tempo reale del biomineralization come trattamento importante di formazione dell'osso

le sfide sociali del XXI secolo quali gli sviluppi demografici e una popolazione di invecchiamento richiedono per i nuovi materiali funzionali, quali per le protesi dell'osso. La natura servisce spesso da inspirazione quando progetta questi materiali.

In uno studio recente ha pubblicato in chimica analitica, un gruppo piombo dal awardee Dennis Kurzbach di ERC della facoltà di chimica all'università di rapporti di Vienna un approccio innovatore per il video in tempo reale ad alta definizione della mineralizzazione del fosfato di calcio, di cui è un trattamento naturale importante per la formazione, per esempio, osso, corazza e denti.

Hanno mostrato come la tecnologia RMN di prossima generazione concede creare la conoscenza nuova circa il risparmio di temi dei materiali naturali.

“Natura che si rivela prima che la scienza„ sia una scultura da Louis-Ernest Barrias su visualizzazione al Musée d'Orsay a Parigi. Una collaborazione della ricerca dell'università di Vienna e il Sorbonne a Parigi ora hanno catturato questo credo a cuore.

“Per creare i materiali funzionali efficienti, natura offre le migliori ricette fornendo i concetti evolutionarily riusciti,„ dice Dennis Kurzbach dall'istituto della biochimica. Kurzbach ed i suoi colleghi hanno applicato una tecnologia insieme sviluppata, in base alla spettroscopia RMN, per rivelare i segreti del biomineralization.

Lacune di chiusura di precisione
RMN (a risonanza magnetica nucleare) è un metodo importante per determinare le strutture delle molecole in soluzione, anche se della risoluzione limitata.

Per facilitare il video in tempo reale dei trattamenti chimici rapidi, Dennis Kurzbach ed il suo gruppo hanno sviluppato un nuovo prototipo che, in base a hyperpolarisation (più specificamente polarizzazione nucleare dinamica di dissoluzione, D-DNP), fornisce agli scienziati fino a 10.000 segnali ampliati volta negli esperimenti RMN.

Con questo prototipo di D-DNP, gli scienziati possono riflettere i trattamenti che hanno luogo sulla scala cronologica del millisecondo, mentre allo stesso tempo i singoli atomi possono essere risolti. Il prototipo comprende un sistema già brevettato per mescolare i vari partner di interazione nei millisecondi e per iniziare la rilevazione in tempo reale.

Precipitazione dei solidi ionici dalla soluzione
Dennis Kurzbach, un esperto nei metodi lo sviluppo, ha iniziato il proof of concept con il suo collega parigino Thierry Azaïs, che era interessato in una migliore comprensione dei passi iniziali del biomineralization.

Facendo uso del video di D-DNP, gli scienziati hanno sondato la cinetica veloce di interazione come quei essere alla base della formazione di specie di pre-nucleazione che si sviluppano nei millisecondi in cui gli ioni del fosfato e del calcio si incontrano in soluzione e che precedono la separazione di fase non classica del solido liquido.

“Per la prima volta, potevamo caratterizzare analiticamente queste specie di pre-nucleazione all'alta risoluzione,„ Kurzbach spieghiamo, che ha stabilito la tecnologia di avanguardia nella funzione RMN di memoria della facoltà di chimica nel quadro del suo ERC che inizia Grant.

Con le loro nuove comprensioni e tecnologia, i ricercatori egualmente stanno fornendo il materiale ad una controversia duratura circa la teoria dietro il biomineralization del fosfato di calcio.

Alcuni ricercatori dubitano che le specie di pre-nucleazione possono essere integrate nella struttura teorica classica sviluppata durante le decadi.„

Dennis Kurzbach, awardee di ERC, facoltà di chimica, università di Vienna

Lo studio del ricercatore egualmente fornisce un calcio iniziale per un progetto recentemente accordato costituito un fondo per dal fondo austriaco FWF di scienza, in cui Kurzbach intende utilizzare la sua tecnologia per avanzare la caratterizzazione dei biominerals come pure dei trattamenti chimici iniziali prima di nucleazione.

Per esempio, punta su chiarire se la dimensione delle specie recentemente scoperte è controllabile ed in caso affermativo, se è possibile costruire la durezza o la friabilità futura del materiale macroscopico.

“Inoltre, sarà interessante vedere se possiamo contribuire a risolvere le imperfezioni teoriche correnti,„ Kurzbach dice, che si è laureato non solo in chimica ma anche in filosofia.

“Per me, i nostri scopi della ricerca egualmente sono riflessi forte dalle idee di Aristoteles: Tutti gli esseri umani si sforzano di natura dopo conoscenza.„ La tecnologia di D-DNP ora permette di approfondire la nostra conoscenza della natura dei materiali, che fornisce i beni importanti alla gente ed alla società.

Source:
Journal reference:

Emmanuelle, W. et al. (2020) Assessing the onset of calcium phosphate nucleation by hyperpolarized real-time NMR. Analytical Chemistry. doi.org/10.1021/acs.analchem.0c00516.