"La nature se dévoilant devant la science, " est une sculpture de Louis-Ernest Barrias exposée au musée d'Orsay à Paris. Une collaboration de recherche de l'Université de Vienne et de la Sorbonne à Paris a désormais pris ce credo à cœur. " Afin de créer des matériaux fonctionnels efficaces, la nature offre les meilleures recettes en proposant des concepts évolutifs réussis, " dit Dennis Kurzbach de l'Institut de chimie biologique. Kurzbach et ses collègues ont appliqué une technologie développée conjointement, basé sur la spectroscopie RMN, pour révéler les secrets de la biominéralisation.

Combler les écarts de précision

La RMN (résonance magnétique nucléaire) est une méthode importante pour déterminer les structures des molécules en solution, mais avec une résolution limitée. Afin de faciliter le suivi en temps réel des processus chimiques rapides, Dennis Kurzbach et son équipe ont développé un nouveau prototype qui, basée sur l'hyperpolarisation (plus précisément Dissolution Dynamic Nuclear Polarisation, D-DNP), fournit aux scientifiques jusqu'à 10, Signaux amplifiés 000 fois dans des expériences de RMN.

Avec ce prototype D-DNP, les scientifiques peuvent surveiller les processus qui se déroulent à l'échelle de la milliseconde, tandis qu'en même temps des atomes simples peuvent être résolus. Le prototype comprend un système déjà breveté permettant de mélanger divers partenaires d'interaction en quelques millisecondes et d'initier une détection en temps réel.

Précipitation des solides ioniques de la solution

Dennis Kurzbach, un expert en développement de méthodes, a commencé la preuve de concept avec son collègue parisien Thierry Azaïs, qui était intéressé par une meilleure compréhension des premières étapes de la biominéralisation. Grâce à la surveillance D-DNP, les scientifiques ont sondé les cinétiques d'interaction rapide telles que celles qui sous-tendent la formation d'espèces de pré-nucléation qui se développent en quelques millisecondes lorsque les ions calcium et phosphate se rencontrent en solution et qui précèdent la séparation non classique des phases solide-liquide. "Pour la première fois, nous avons pu caractériser analytiquement ces espèces de pré-nucléation à haute résolution, " explique Kurzbach, qui a mis en place la technologie de pointe dans la plateforme RMN de la Faculté de chimie dans le cadre de sa subvention de démarrage ERC.

Avec leurs nouvelles connaissances et technologies, les chercheurs contribuent également à un différend de longue date sur la théorie derrière la biominéralisation du phosphate de calcium. "Certains chercheurs doutent que les espèces de pré-nucléation puissent être intégrées dans le cadre théorique classique développé au fil des décennies, " dit Dennis Kurzbach.

L'étude du chercheur donne également le coup d'envoi à un projet récemment accordé financé par le Fonds autrichien pour la science FWF, dans lequel Kurzbach a l'intention d'utiliser sa technologie pour faire progresser la caractérisation des biominéraux ainsi que des processus chimiques initiaux avant la nucléation. Par exemple, il vise à clarifier si la taille des espèces nouvellement découvertes est contrôlable et, dans l'affirmative, s'il est possible de concevoir une future dureté ou fragilité du matériau macroscopique.

"De plus, il sera intéressant de voir si nous pouvons aider à résoudre les lacunes théoriques actuelles, " dit Kurzbach, qui est diplômé non seulement en chimie, mais aussi en philosophie. "Pour moi, nos objectifs de recherche sont également fortement reflétés par les idées d'Aristote :tout être humain recherche par nature la connaissance. » La technologie D-DNP permet désormais d'approfondir notre connaissance de la nature des matériaux, qui fournit des propriétés importantes aux personnes et à la société.