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Nueva aproximación para la supervisión en tiempo real de la mineralización del fosfato de calcio

La tecnología punta permite la supervisión en tiempo real del biomineralization como proceso importante de la formación del hueso

los retos sociales del siglo XXI tales como progresos demográficos y un envejecimiento de la población exigen para los nuevos materiales funcionales, por ejemplo para las prótesis del hueso. La naturaleza sirve a menudo como inspiración al diseñar estos materiales.

En un estudio reciente publicó en la química analítica, personas llevadas por el awardee Dennis Kurzbach de ERC de la facultad de química en la universidad de los partes de Viena una aproximación innovadora para la supervisión en tiempo real de alta resolución de la mineralización del fosfato de calcio, de la cual es un proceso natural importante para la formación, e.g., hueso, caparazón, y los dientes.

Mostraron cómo la tecnología de la siguiente-generación RMN permite el crear de nuevo conocimiento sobre la eficiencia de materiales naturales.

“Naturaleza que se revela antes de que la ciencia” sea una escultura de Louis-Ernesto Barrias en despliegue en el Musée d'Orsay en París. Una colaboración de la investigación de la universidad de Viena y el Sorbonne en París ahora llevaron este credo el corazón.

“Para crear los materiales funcionales eficientes, naturaleza ofrece las mejores recetas ofreciendo conceptos evolutionarily acertados,” dice a Dennis Kurzbach del instituto de la química biológica. Kurzbach y sus colegas aplicaron una tecnología en común desarrollada, sobre la base de la espectroscopia del RMN, para revelar los secretos del biomineralization.

Entrehierros cerrados de la precisión
El RMN (de resonancia magnética nuclear) es un método importante para determinar las estructuras de moléculas en la solución, no obstante la resolución limitada.

Para facilitar la supervisión en tiempo real de procesos químicos rápidos, Dennis Kurzbach y sus personas desarrollaron un nuevo prototipo que, sobre la base de la hiperpolarización (más concretamente polarización nuclear dinámica de la disolución, D-DNP), provee de los científicos hasta 10.000 señales amplificadas doblez en experimentos del RMN.

Con este prototipo de D-DNP, los científicos pueden vigilar los procesos que ocurren en el calendario del milisegundo, mientras que al mismo tiempo los únicos átomos pueden ser resueltos. El prototipo abarca un sistema ya patentado para mezclar a diversos socios de la acción recíproca dentro de milisegundos y para iniciar la detección en tiempo real.

Precipitación de macizo iónicos de la solución
Dennis Kurzbach, experto en los métodos revelado, comenzó el prueba-de-concepto con su colega parisiense Thierry Azaïs, que estaba interesado en una mejor comprensión de los pasos iniciales del biomineralization.

Usando la supervisión de D-DNP, los científicos sondaron las cinéticas rápidas de la acción recíproca tales como esos ser la base de la formación de especies de la pre-nucleación que se convierten dentro de los milisegundos en que los iones del calcio y del fosfato se encuentran en la solución y que preceden la separación de fase no-clásica del sólido-líquido.

“Por primera vez, podíamos caracterizar analíticamente estas especies de la pre-nucleación en la alta resolución,” Kurzbach explicamos, que ha establecido la tecnología punta en la instalación de la base del RMN de la facultad de química en el marco de su ERC que comenzaba a Grant.

Con sus nuevos discernimientos y tecnología, los investigadores también están contribuyendo el material a un conflicto duradero sobre la teoría detrás del biomineralization del fosfato de calcio.

Algunos investigadores dudan que la especie de la pre-nucleación pueda ser integrada en el marco teórico clásico desarrollado durante décadas.”

Dennis Kurzbach, awardee de ERC, facultad de química, universidad de Viena

El estudio del investigador también ofrece un saque de centro para un proyecto recientemente concedido financiado por el fondo austríaco FWF de la ciencia, en el cual Kurzbach se prepone utilizar su tecnología para avance la caracterización de biominerals así como de los procesos químicos iniciales antes de la nucleación.

Por ejemplo, él tiene como objetivo el clarificar si la talla de la especie nuevamente descubierta es controlable y si es así si es posible dirigir el endurecimiento o la fragilidad futuro del material macroscópico.

“Por otra parte, será interesante ver si podemos ayudar a resolver los defectos teóricos actuales,” a Kurzbach dice, que graduó no sólo en química pero también en filosofía.

“Para mí, nuestras metas de la investigación también son reflejadas fuertemente por las ideas de Aristoteles: Todos los seres humanos se esfuerzan por naturaleza después de conocimiento.” La tecnología de D-DNP ahora permite profundizar nuestro conocimiento de la naturaleza de los materiales, que ofrece propiedades importantes a la gente y a la sociedad.

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.