"La naturaleza se revela ante la ciencia, "es una escultura de Louis-Ernest Barrias que se exhibe en el Musée d'Orsay en París. Una colaboración de investigación de la Universidad de Viena y la Sorbona en París ahora tomó este credo en serio". Para crear materiales funcionales eficientes, la naturaleza ofrece las mejores recetas al proporcionar conceptos evolutivamente exitosos, "dice Dennis Kurzbach del Instituto de Química Biológica. Kurzbach y sus colegas aplicaron una tecnología desarrollada conjuntamente, basado en espectroscopia de RMN, para revelar los secretos de la biomineralización.

Cerrando brechas de precisión

La RMN (resonancia magnética nuclear) es un método importante para determinar las estructuras de moléculas en solución, aunque con resolución limitada. Para facilitar la monitorización en tiempo real de procesos químicos rápidos, Dennis Kurzbach y su equipo desarrollaron un nuevo prototipo que, basado en la hiperpolarización (más específicamente la polarización nuclear dinámica de disolución, D-DNP), proporciona a los científicos hasta 10, Señales amplificadas en 000 veces en experimentos de RMN.

Con este prototipo de D-DNP, los científicos pueden monitorear los procesos que tienen lugar en una escala de tiempo de milisegundos, mientras que al mismo tiempo se pueden resolver átomos individuales. El prototipo abarca un sistema ya patentado para mezclar varios socios de interacción en milisegundos e iniciar la detección en tiempo real.

Precipitación de sólidos iónicos de la solución.

Dennis Kurzbach, un experto en desarrollo de métodos, inició la prueba de concepto con su colega parisino Thierry Azaïs, que estaba interesado en una mejor comprensión de los pasos iniciales de la biomineralización. Usando monitoreo D-DNP, Los científicos probaron cinéticas de interacción rápida, como las que subyacen a la formación de especies de nucleación previa que se desarrollan en milisegundos cuando los iones de calcio y fosfato se encuentran en solución y que preceden a la separación de fases sólido-líquido no clásica. "Por primera vez, pudimos caracterizar analíticamente estas especies de pre-nucleación en alta resolución, "Kurzbach explica, quien ha establecido la tecnología de punta en las instalaciones principales de NMR de la Facultad de Química en el marco de su ERC Starting Grant.

Con sus nuevos conocimientos y tecnología, los investigadores también están contribuyendo material a una disputa de larga duración sobre la teoría detrás de la biomineralización del fosfato de calcio. "Algunos investigadores dudan de que las especies de pre-nucleación puedan integrarse en el marco teórico clásico desarrollado durante décadas, "dice Dennis Kurzbach.

El estudio del investigador también proporciona el puntapié inicial para un proyecto recientemente otorgado financiado por el Fondo Austriaco de Ciencias FWF, en el que Kurzbach pretende utilizar su tecnología para avanzar en la caracterización de biominerales, así como de los procesos químicos iniciales antes de la nucleación. Por ejemplo, Su objetivo es aclarar si el tamaño de la especie recién descubierta es controlable y, de ser así, si es posible diseñar la futura dureza o fragilidad del material macroscópico.

"Es más, Será interesante ver si podemos ayudar a resolver las deficiencias teóricas actuales, "Kurzbach dice, que se graduó no solo en química, pero también en filosofía. "Para mi, Nuestros objetivos de investigación también se reflejan fuertemente en las ideas de Aristóteles:Todos los seres humanos se esfuerzan por la naturaleza en pos del conocimiento ". La tecnología D-DNP ahora permite profundizar nuestro conocimiento de la naturaleza de los materiales, que aporta importantes propiedades a las personas y la sociedad.