Populære Innlegg

Redaksjonens - 2019

Perlemorens genesis identifisert i mineralens transformasjon

Anonim

Hvordan naturen gjør sine biomineraler - ting som tenner, bein og skjell - er en lekebokforskere har lenge prøvd å lese.

annonse


Blant de mest spennende biomineralene er nacre eller perlemor - den silkefulle, iriserende, tøffere-enn-stein-kompositten som strekker skjellene til noen mollusker og frakker av faktiske perler. Materialet har blitt arbeidet av mennesker i årtusener for å gjøre alt fra knapper og tannimplantater til arkitektonisk fliser og innlegg for møbler og musikkinstrumenter.

Men hvordan nacre blir først deponert av dyrene som gjør at det har slettet oppdagelse til tross for vitenskapelig etterforskning. Nå rapporterer et team av Wisconsin-forskere de første direkte eksperimentelle observasjonene av nacre-dannelsen i sine tidligste stadier i en mollusk.

Skrive i Journal of the American Chemical Society, beskriver et team ledet av University of Wisconsin-Madison fysikk Professor Pupa Gilbert og ved hjelp av US Department of Energy Advanced Light Source på Lawrence Berkeley National Laboratory forløperfasene av nacreformasjon i begge atomene og nanometer skala i rød abalone, en marine mollusk med et kuppelskall kantet med perlemor.

"Folk har forsøkt å forstå om nacre hadde en amorf kalsiumkarbonatforløper i lang tid, " forklarer Gilbert, en ekspert på biomineral dannelse, som refererer til det ikke-krystallinske kalsiumkarbonatet som observeres for å sette scenen for nacreformasjon. "Det er bare en liten mengde amorft materiale. Det er veldig vanskelig å fange det før det forvandles."

Gilbert og hennes kolleger, ved hjelp av synkrotronstrålingen generert av Advanced Light Source, benyttet spektromikroskopi for direkte å observere den kjemiske transformasjonen av amorf kalsiumkarbonat til mineralaragonitten, som manifesterer seg som nacre ved lagring av mikroskopiske polygonale aragonittabletter som murverk for å understøtte det lyse og holdbare biomaterialet. "Vi kunne bare fange det i en håndfull piksler, omtrent 20 nanometer i størrelse, på overflaten av å danne nacre tabletter, " sier Gilbert av måten mollusk deponerer hydratisert amorft kalsiumkarbonat, som raskt dehydrerer og krystalliserer deretter til aragonitt.

"Utrolig kjemikk skjer på overflaten av å danne nacre", sier Gilbert, og bemerker at omdannelsen av amorf kalsiumkarbonat til krystallinsk aragonitt innebærer kalsiumatomer, i utgangspunktet bundet til seks oksygenatomer, og til slutt til ni i den krystallinske biominerale. "Det er hvordan atomer er ordnet som betyr noe. Den faktiske kjemiske sammensetningen av kalsiumkarbonat endres ikke. Kun strukturen gjør ved krystallisering."

Det var den store overraskelsen, observerer Gilbert: «Forandringen i atomsymmetri rundt kalsiumatomer, fra seks til ni oksygenatomer, overrasket oss. Alle forventet å finne amorfe forløpermineraler som allerede hadde symmetrien til den endelige krystallet i atomskalaen, mangler bare lang rekkefølgen av krystallene. Vi står korrigert. "

Gilbert sier den nye, detaljerte forståelsen av hvordan naturen gjør perlemor, kan en dag låne seg til industriell bruk. Meget holdbare beinimplantater er et eksempel, og materialet er også miljøvennlig.

annonse



Historie Kilde:

Materialer levert av University of Wisconsin-Madison . Original skrevet av Terry Devitt. Merk: Innholdet kan redigeres for stil og lengde.


Tidsreferanse :

  1. Ross T. DeVol, Chang-Yu Sun, Matthew A. Marcus, Susan N. Coppersmith, Satish CB Myneni, Pupa UPA Gilbert. Nanoscale Transforming Mineral Phases i Fresh Nacre . Journal of the American Chemical Society, 2015; 137 (41): 13325 DOI: 10, 1021 / jacs.5b07931