Vurdering af begyndelsen af ​​calciumphosphatkernen ved hyperpolariseret real-time NMR

"Naturen afslører sig selv for videnskaben, "er en skulptur af Louis-Ernest Barrias udstillet på Musée d'Orsay i Paris. Et forskningssamarbejde mellem Universitetet i Wien og Sorbonne i Paris tog nu denne credo til sig." For at skabe effektive funktionelle materialer, naturen tilbyder de bedste opskrifter ved at levere evolutionært vellykkede koncepter, "siger Dennis Kurzbach fra Institute of Biological Chemistry. Kurzbach og hans kolleger anvendte en fælles udviklet teknologi, baseret på NMR -spektroskopi, at afsløre hemmelighederne ved biomineralisering.

Lukning af huller i præcision

NMR (nuklear magnetisk resonans) er en vigtig metode til at bestemme strukturer af molekyler i opløsning, om end med begrænset opløsning. For at lette overvågning i realtid af hurtige kemiske processer, Dennis Kurzbach og hans team udviklede en ny prototype, der, baseret på hyperpolarisering (mere specifikt Dissolution Dynamic Nuclear Polarization, D-DNP), giver forskerne op til 10, 000 gange forstærkede signaler i NMR-eksperimenter.

Med denne D-DNP prototype, forskerne kan overvåge processer, der finder sted på millisekunders tidsskala, samtidig kan enkelte atomer løses. Prototypen omfatter et allerede patenteret system til at blande forskellige interaktionspartnere inden for millisekunder og for at starte detektering i realtid.

Udfældning af ioniske faste stoffer fra opløsning

Dennis Kurzbach, en ekspert i metodeudvikling, startede proof-of-concept med sin parisiske kollega Thierry Azaïs, som var interesseret i en bedre forståelse af de første trin i biomineralisering. Ved hjælp af D-DNP-overvågning, forskerne undersøgte hurtig interaktionskinetik, såsom dem, der ligger til grund for dannelsen af ​​præ-nukleationsarter, der udvikler sig inden for millisekunder, når calcium- og fosfationer mødes i opløsning, og som går forud for ikke-klassisk fast-væskefaseseparation. "For første gang, vi var i stand til analytisk at karakterisere disse præ-nukleationsarter ved høj opløsning, "Kurzbach forklarer, som har etableret den banebrydende teknologi i NMR Core Facility på Det Kemiske Fakultet inden for rammerne af sit ERC Starting Grant.

Med deres nye indsigt og teknologi, forskerne bidrager også med materiale til en langvarig strid om teorien bag biomineralisering af calciumphosphat. "Nogle forskere tvivler på, at præ-nukleationsarterne kan integreres i de klassiske teoretiske rammer udviklet over årtier, ”siger Dennis Kurzbach.

Forskerens undersøgelse giver også et kick-off for et nyligt bevilget projekt finansieret af den østrigske Science Fund FWF, hvor Kurzbach har til hensigt at bruge sin teknologi til at fremme karakteriseringen af ​​biomineraler såvel som de indledende kemiske processer før nukleation. For eksempel, han sigter mod at præcisere, om størrelsen af ​​de nyopdagede arter er kontrollerbar, og i så fald om det er muligt at konstruere fremtidig hårdhed eller skørhed af det makroskopiske materiale.

"I øvrigt, det vil være interessant at se, om vi kan hjælpe med at løse de nuværende teoretiske mangler, "Kurzbach siger, som ikke kun er uddannet i kemi, men også i filosofien. "For mig, vores forskningsmål afspejles også stærkt af Aristoteles 'ideer:Alle mennesker stræber efter naturen efter viden. "D-DNP-teknologien gør det nu muligt at uddybe vores viden om materialernes natur, som giver vigtige egenskaber til mennesker og samfund.