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Aproximação nova para a monitoração de tempo real da mineralização do fosfato de cálcio

A tecnologia pioneiro permite a monitoração de tempo real do biomineralization como um processo importante de formação do osso

os desafios sociais do século XXI tais como revelações demográficas e uma população de envelhecimento exigem para materiais funcionais novos, como para prótese do osso. A natureza serve frequentemente como a inspiração ao projetar estes materiais.

Em um estudo recente publicou na química analítica, uma equipe conduzida pelo awardee Dennis Kurzbach de ERC da faculdade da química na universidade de relatórios de Viena uma aproximação inovativa para a monitoração de tempo real de alta resolução da mineralização do fosfato de cálcio, de que é um processo natural importante para a formação, por exemplo, osso, carapaça, e dentes.

Mostraram como a tecnologia NMR da próxima geração reserva criar o conhecimento novo sobre a eficiência de materiais naturais.

“Natureza que revela-se antes que a ciência” estiver uma escultura por Louis-Ernest Barrias no indicador no Musée d'Orsay em Paris. Uma colaboração da pesquisa da universidade de Viena e o Sorbonne em Paris tomaram agora este credo ao coração.

“A fim criar materiais funcionais eficientes, natureza oferece as melhores receitas fornecendo conceitos evolutionarily bem sucedidos,” diz Dennis Kurzbach do instituto da química biológica. Kurzbach e seus colegas aplicaram uma tecnologia comum desenvolvida, com base na espectroscopia NMR, para revelar os segredos do biomineralization.

Diferenças de fechamento da precisão
NMR (ressonância magnética nuclear) é um método importante para determinar as estruturas das moléculas na solução, embora em definição limitada.

A fim facilitar a monitoração de tempo real de processos químicos rápidos, Dennis Kurzbach e sua equipe desenvolveram um protótipo novo que, com base no hyperpolarisation (mais especificamente polarização nuclear dinâmica da dissolução, D-DNP), fornecesse os cientistas os até 10.000 sinais amplificados dobra em experiências NMR.

Com este protótipo de D-DNP, os cientistas podem monitorar os processos que ocorrem no calendário do milissegundo, quando ao mesmo tempo os únicos átomos puderem ser resolved. O protótipo abrange um sistema já patenteado para misturar vários sócios da interacção dentro dos milissegundos e para iniciar a detecção do tempo real.

Precipitação de sólidos iónicos da solução
Dennis Kurzbach, um perito nos métodos revelação, começou o prova--conceito com seu colega parisiense Thierry Azaïs, que estava interessado em uma compreensão melhor dos passos iniciais do biomineralization.

Usando a monitoração de D-DNP, os cientistas sondaram cinéticas rápidas da interacção tais como aqueles ser a base da formação de espécies da pre-nucleação que se tornam dentro dos milissegundos em que os íons do cálcio e do fosfato se encontram na solução e que precedem a separação de fase não-clássica do contínuo-líquido.

“Pela primeira vez, nós podíamos caracterizar analìticamente estas espécies da pre-nucleação na alta resolução,” Kurzbach explicamos, que estabeleceu a tecnologia pioneiro na facilidade NMR do núcleo da faculdade da química no âmbito de seu ERC que começa Grant.

Com suas introspecções e tecnologia novas, os pesquisadores igualmente estão contribuindo o material a uma disputa duradouro sobre a teoria atrás do biomineralization do fosfato de cálcio.

Alguns pesquisadores duvidam que a espécie da pre-nucleação possa ser integrada na estrutura teórica clássica desenvolvida sobre décadas.”

Dennis Kurzbach, awardee de ERC, faculdade da química, universidade de Viena

O estudo do pesquisador igualmente fornece um kick-off para um projecto recentemente concedido financiado pelo fundo austríaco FWF da ciência, em que Kurzbach pretende usar sua tecnologia para avançar a caracterização dos biominerals assim como dos processos químicos iniciais antes da nucleação.

Por exemplo, visa esclarecer se o tamanho da espécie recentemente descoberta é verificável e em caso afirmativo, se é possível projectar a dureza ou a fragilidade futura do material macroscópico.

“Além disso, será interessante ver se nós podemos ajudar a resolver os defeitos teóricos actuais,” Kurzbach diz, que se graduou não somente na química mas igualmente na filosofia.

“Para mim, nossos objetivos da pesquisa são reflectidos igualmente fortemente pelas ideias de Aristoteles: Todos os seres humanos se esforçam por natureza após o conhecimento.” A tecnologia de D-DNP torna agora possível aprofundar nosso conhecimento da natureza dos materiais, que fornece propriedades importantes aos povos e à sociedade.

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.