Een team van onderzoekers heeft een biomimetische mineralisatie van calciumcarbonaat ontwikkeld met behulp van een multifunctioneel peptidesjabloon dat minerale bronnen zelf kan leveren, wat in dit geval een voorraad carbonaationen is, de voorloper van calciumcarbonaat. Het proces volgt het mechanisme van biosynthese van harde weefsels door levende organismen, biomineralisatie genoemd, en het vermogen om hydrogels te vormen, die is gemodelleerd naar de reactieomgeving van levende organismen. Eerdere studies over mineralisatie hebben het vormingsmechanisme besproken van anorganische kristallen die zijn gesynthetiseerd op sjablonen met slechts een enkele functie, zoals een systeem dat een externe minerale bron voedt of een hydrogelsysteem.

Echter, levende organismen gebruiken hun eigen enzymen om zelf minerale bronnen te voorzien en controle te krijgen over de oriëntatie, kristal fase, en morfologie van anorganische kristallen door gebruik te maken van 3D-assemblages met gecontroleerde structuren als reactievelden. Daarom, het ophelderen van het vormingsmechanisme van anorganische kristallen in een mineralisatiereactieomgeving die dichter bij de biologische omgeving ligt, zoals de hiërarchische hydrogel-achtige 3D-assemblages en de zelfvoorziening van minerale bronnen, is belangrijk voor het verduidelijken van de ware relatie voor structurele controle tussen organische sjablonen en anorganische materialen die worden bereikt bij biomineralisatie.

Het is belangrijk om de ware relatie voor structurele controle tussen organische sjablonen en anorganische materialen die bij biomineralisatie worden bereikt, te verduidelijken. De onderzoeksgroep onder leiding van assistent-professor Kazuki Murai van de afdeling Chemie en Materialen van Shinshu University, Faculteit Textielwetenschappen en Technologie was in staat om de kiemvorming en kristalgroeimechanismen van calciumcarbonaat te onderzoeken onder omstandigheden die meer lijken op de biologische omgeving door de zelfvoorziening van minerale bronnen door de expressie van enzymachtige activiteiten, en spontane vorming van hydrogels, dat is een modelomgeving voor cellen. Daarom, de bevindingen van de groep zullen het begrip van de kiemvorming en kristalgroei van anorganische kristallen bij biomineralisatie en de rol van organische sjablonen voor kristalcontrole vergemakkelijken.

Assistent-professor Murai stelt dat "de kennis die is opgedaan met deze en andere mineralisatiestudies de basis vormt voor het onthullen van de verbazingwekkende processen die organismen gedurende een enorme hoeveelheid tijd hebben verkregen door evolutie. We nemen onze botten en tanden als vanzelfsprekend aan in ons dagelijks leven, maar zelfs zij worden nog niet volledig begrepen. Ik geloof dat de inspanningen van verschillende onderzoekers, inclusief mezelf, zal ons leiden naar de 'oplossingen' die gedurende miljarden jaren door levende organismen zijn verworven. Ik zal blij zijn als mijn onderzoek een "opstap naar onverwachte inspiratie en ontdekking" kan zijn.

Deze studie was in staat om drie belangrijke punten te verduidelijken:dat een enkel peptidemolecuul het vermogen heeft om zelf mineralen te leveren door middel van enzymachtige activiteit, het vermogen om de kristalfase en morfologie van anorganische materialen te regelen, en het vermogen om spontaan hydrogels te vormen. De groep was in staat om de kiemvorming en kristalgroeimechanismen van calciumcarbonaat te onderzoeken door het te gebruiken als een sjabloon voor mineralisatie. Deze onderzoeksstrategie om de reactieomgeving van levende organismen na te bootsen, zal een doorbraak zijn voor voorheen onbekende of onverklaarbare gebeurtenissen.

Het team van onderzoekers hoopt de vorming en groeimechanismen van anorganische kristallen volledig op te helderen, naast de structurele controlefactoren die optreden tussen organische sjablonen en anorganische materialen bij biomineralisatie. Echter, er zijn veel obstakels bij het verkrijgen van deze bevindingen, inclusief de noodzaak van veel onderzoek, en verregaande samenwerking van onderzoekers uit verschillende wetenschapsgebieden.

De groep werkt momenteel aan de ontwikkeling van anorganische materialen die cruciaal zijn op technisch en medisch gebied door gebruik te maken van een materiaalsynthesemethode die schoon en milieuvriendelijk is. evenals het ophelderen van de nanostructuur van de geconstrueerde materialen, de complexering van organische en anorganische materialen, en de verduidelijking van de correlatie tussen de structuur en functie van dergelijke materialen.