Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek
Vorming van botten, tanden en schelpen scherp in beeld
12 maart 2009
Gezamenlijk persbericht NWO en TU/e
Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) hebben
voor het eerst de vroegste stadia van botvorming in beeld gebracht.
Dat deden zij door met 's werelds modernste elektronenmicroscoop in
drie dimensies de nanodeeltjes in beeld te brengen die aan de basis
staan van dit proces. De resultaten leveren meer begrip op over de
vorming van botten, tanden en schelpen. Voor de industrie liggen
betere materialen en processen in het verschiet, gebaseerd op de
natuur. De bevindingen vormen vrijdag 13 maart het coververhaal van
het wetenschappelijke tijdschrift Science.
De onderzoekers onder leiding van Vidi-winnaar dr. Nico Sommerdijk
maakten in een oplossing van calciumcarbonaat (het basismateriaal van
botten, schelpen en tanden) kleine clusters met een doorsnede van 0,7
nanometer zichtbaar. Zij toonden als eerste aan dat deze clusters, die
slechts ongeveer tien ionen bevatten, het begin vormen van het
groeiproces waaruit uiteindelijk het kristallijne biomineraal gevormd
wordt.
Zij maakten hierbij gebruik van de zeer hoge resolutie van een
bijzondere elektronenmicroscoop: de cryoTitan van FEI Company. De
apparatuur is aangeschaft dankzij een Investeringen NWO-groot subsidie
voor de TU/e de Universiteit Maastricht. Daarmee konden zij als eerste
binnen hun vakgebied driedimensionale opnames maken van zeer snel
ingevroren monsters. Hiermee lieten zij zien hoe de clusters in de
oplossing samenklonteren tot grotere, ongeordende nanodeeltjes met een
gemiddelde diameter van zo'n dertig nanometer.
Een door de onderzoekers aangebracht organisch oppervlak zorgt ervoor
dat deze nanodeeltjes kunnen uitgroeien tot grotere deeltjes, waarin
later door ordening van de ionen kristallijne gebieden kunnen
ontstaan. De TU/e-onderzoekers demonstreerden ook nog een tweede rol
van de organische laag: deze stuurt heel precies in welke richting het
mineraal kan uitgroeien tot een volwaardig biomineraal. Ze hopen
binnenkort aan te tonen dat het gevonden mechanisme ook geldt voor de
vorming van andere kristallijne biomineralen, en zelfs wellicht ook
voor andere anorganische materialen.
Dit is van belang voor het onderzoek naar botgroei en botvervangend
materialen. Daarnaast zou het gebruikt kunnen worden in de
nanotechnologie, om de groei van nanodeeltjes op dezelfde wijze te
sturen als in de natuur blijkbaar gebeurt: door een subtiel samenspel
van organische en anorganische materialen.
Over biomineralisatie
Biomineralisatie is de vorming van anorganische materialen in een
biologische omgeving, bekend van botten, tanden en schelpen. De
vorming van het mineraal wordt hierbij heel precies gestuurd door
gespecialiseerde organische biomoleculen zoals suikers en eiwitten.
Hoewel de onderliggende mechanismen al heel lang worden bestudeerd, is
nog steeds niet precies bekend hoe dit proces in zijn werk gaat.
Een veel gevolgde strategie is het gebruik van zogeheten biomimetische
studies, waarbij met een versimpeld systeem in een laboratorium het
biomineralisatieproces wordt nagebootst. Hierdoor kunnen onderdelen
van het mineralisatieproces individueel worden bestudeerd.
Met deze aanpak en door het gebruik van genoemde unieke
elektronenmicroscoop wist de onderzoeksgroep van Sommerdijk aan de
faculteit Scheikundige Technologie van de TU/e de vroegste stadia van
zo'n biomimetisch gestuurde mineralisatiereactie in beeld te brengen.
Nico Sommerdijk heeft dit werk uitgevoerd met een Vidi-subsidie van
onderzoeksorganisatie NWO. De cryoTEM-apparatuur is deels gefinancierd
door een Investeringen NWO-groot subsidie.
..............................
Meer informatie bij:
* dr. Nico Sommerdijk
* tel. +31 (0)40 247 58 70, N.Sommerdijk@tue.nl
The initial stages of template-controlled CaCO3 formation revealed by
Cryo-TEM, Emilie M. Pouget, Paul H.H. Bomans, Jeroen A.C.M. Goos,
Peter M. Frederik, Gijsbertus de With en Nico A.J.M. Sommerdijk,
Science, 13 maart 2009
laatst gewijzigd op 13 maart 2009