Ett team av forskare har utvecklat en biomimetisk mineralisering av kalciumkarbonat med hjälp av en multifunktionell peptidmall som kan leverera mineralkällor själv, som i detta fall är en tillförsel av karbonatjoner, föregångaren till kalciumkarbonat. Processen följer mekanismen för biosyntes av hårda vävnader av levande organismer, kallad biomineralisering, och förmågan att bilda hydrogeler, som är modellerad efter reaktionsmiljön för levande organismer. Tidigare studier om mineralisering har diskuterat bildningsmekanismen för oorganiska kristaller syntetiserade på mallar med endast en enda funktion, såsom ett system som levererar en extern mineralkälla eller ett hydrogelsystem.

Dock, levande organismer använder sina egna enzymer för att själv leverera mineralkällor och uppnå kontroll över orienteringen, kristallfas, och morfologi av oorganiska kristaller genom att använda 3D -sammansättningar med kontrollerade strukturer som reaktionsfält. Därför, belysa bildningsmekanismen för oorganiska kristaller i en mineraliseringsreaktionsmiljö som ligger närmare den biologiska miljön, såsom de hierarkiska hydrogelliknande 3D-sammansättningarna och självförsörjningen av mineralkällor, är viktigt för att klargöra det sanna förhållandet för strukturell kontroll mellan organiska mallar och oorganiska material som uppnås vid biomineralisering.

Det är viktigt att klargöra det sanna förhållandet för strukturell kontroll mellan organiska mallar och oorganiska material som uppnås vid biomineralisering. Forskargruppen leds av biträdande professor Kazuki Murai vid Shinshu Universitys institution för kemi och material, Fakulteten för textilvetenskap och teknik kunde undersöka kärnkrafts- och kristalltillväxtmekanismerna för kalciumkarbonat under förhållanden som mer liknar den biologiska miljön genom självförsörjning av mineralkällor genom uttryck av enzymliknande aktiviteter, och spontan bildning av hydrogeler, som är en modellmiljö för celler. Därför, gruppens resultat kommer att underlätta förståelsen av kärnbildning och kristalltillväxt av oorganiska kristaller vid biomineralisering och rollen av organiska mallar för kristallkontroll.

Biträdande professor Murai säger att "kunskapen från denna och andra mineraliseringsstudier är grunden för att avslöja de fantastiska processer som organismer har tillägnat sig genom evolutionen under en mycket lång tid. Vi tar våra ben och tänder för givet i vårt dagliga liv, men även de är ännu inte helt förstådda. Jag tror att olika forskares insatser, inklusive mig, kommer att leda oss till de ”lösningar” som har förvärvats av levande organismer under miljarder år. Jag kommer att bli glad om min forskning kan vara en "springbräda till oväntad inspiration och upptäckt."

Denna studie kunde klargöra tre huvudpunkter:att en enda peptidmolekyl har förmågan att själv leverera mineraler genom enzymliknande aktivitet, förmågan att styra kristallfasen och morfologin hos oorganiska material, och förmågan att spontant bilda hydrogeler. Gruppen kunde undersöka kärnbildnings- och kristalltillväxtmekanismerna för kalciumkarbonat med hjälp av det som en mall för mineralisering. Denna forskningsstrategi för att efterlikna reaktionsmiljön för levande organismer kommer att vara ett genombrott för tidigare okända eller oförklarliga händelser.

Forskargruppen hoppas kunna belysa bildandet och tillväxtmekanismerna av oorganiska kristaller fullt ut, förutom de strukturella kontrollfaktorer som uppstår mellan organiska mallar och oorganiska material vid biomineralisering. Dock, det finns många hinder för att skaffa dessa fynd, inklusive behovet av mycket forskning, och långtgående samarbete mellan forskare som tillhör olika akademiska områden.

Gruppen arbetar för närvarande med att utveckla oorganiska material som är avgörande inom teknik och medicin genom att använda en materialsyntesmetod som är ren och skonsam för miljön, samt att belysa nanostrukturen för de konstruerade materialen, komplexiteten av organiska och oorganiska material, och förtydligandet av sambandet mellan strukturen och funktionen hos sådana material.