Onderzoek naar botgroei haalt cover van Science
Geplaatst: 13 maart, 2009
Onderzoekers van de faculteit Scheikundige Technologie hebben voor het
eerst de vroegste stadia van biomineralisatie in beeld gebracht. De
resultaten leveren meer begrip op over de vorming van botten, tanden
en schelpen. Vrijdag 13 maart vormt dit het coververhaal van het blad
Science.
Opname met elektronenmicroscoop van calciumcarbonaat-kristalletjes die
groeien aan een organisch oppervlak. De doorsnede van de kristallen is
ongeveer 400 nanometer.
Het onderzoek stond onder leiding van dr. Nico Sommerdijk. Het team
bracht met s werelds modernste elektronenmicroscoop de nanodeeltjes in
beeld die aan de basis staan van het zogeheten
'biomineralisatieproces', de gecontroleerde vorming van harde
structuren door levende wezens. Een voorbeeld hiervan: de groei van
schelpen.
De onderzoekers maakten in een oplossing van calciumcarbonaat (het
basismateriaal van schelpen) kleine clusters met een doorsnede van 0,7
nanometer zichtbaar. Ze toonden als eerste aan dat deze clusters, die
slechts ongeveer vijf moleculen calciumcarbonaat bevatten, het begin
vormen van het groeiproces.
Deze 'pre-nucleatie-clusters' aggregeren tot nanodeeltjes met een
gemiddelde diameter van dertig nanometer. Het door de onderzoekers
aangebrachte organische oppervlak zorgt ervoor dat deze nanodeeltjes
kunnen uitgroeien tot grotere deeltjes waaruit uiteindelijk de
grotere, kristallijne structuur gevormd wordt. De organische stuurt
heel precies op welke wijze het mineraal uitgroeit tot een volwaardig
biomineraal.
Het team maakte gebruik van een bijzondere elektronenmicroscoop: de
cryoTitan van FEI Company. Met behulp van hoge resolutie beelden en
driedimensionale opnames lieten ze zien hoe de clusters in de
oplossing samenklonteren tot grotere, ongeordende nanodeeltjes met een
gemiddelde diameter van zon dertig nanometer.
De onderzoeksresultaten zijn van belang voor het onderzoek naar
botgroei en botvervangende materialen. "We hebben zwaarwegende
aanwijzingen dat de resultaten ook gelden voor calciumfosfaat, het
materiaal waar botten en tanden uit bestaan", vertelt Sommerdijk. En
ook de vorming van ijzeroxide - roest - lijkt op dezelfde manier te
verlopen. IJzeroxide wordt door bepaalde bacteriën gebruikt om
nanomagneetjes te maken. Doel van het onderzoek is om uiteindelijk
zelf dit soort nanotechnologische materialen te kunnen maken, op
dezelfde wijze gestuurd als in de natuur blijkbaar gebeurt: door een
subtiel samenspel van organische en anorganische materialen.
Nico Sommerdijk heeft dit werk uitgevoerd met een Vidi-subsidie van
onderzoeksorganisatie NWO. De cryo-TEM-apparatuur is deels
gefinancierd door een NWO groot subsidie. Kijk hier voor een
samenvatting van de publicatie in Science.
Technische Universiteit Eindhoven