Theoretische und experimentelle Untersuchungen zur biomimetischen Morphogenese von Apatit-Gelatine-Nanokompositen

磷灰石-明胶纳米复合材料仿生形态发生的理论与实验研究

• 批准号: 26845258
• 负责人: Professor Dr. Jürgen Brickmann
• 金额: --
• 依托单位: Fachgebiet Physikalische Chemie
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2005-12-31 至 2009-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/26845258?language=en
• 关键词: Theoretische; und; experimentelle; Untersuchungen; zur

Der Ausgangspunkt für dieses Projekt liegt in der Beobachtung eines fraktalen Wachstumsmechanismus von Fluorapatit-Gelatine-Nanokompositen und in der Feststellung, dass das chemische System Apatit-Gelatine (wässrige Lösungen und Gele) ein ideales Modell zur in vitro-Untersuchung von Teilschritten der Biomineralisation, speziell der Bildung von Knochen und Zähnen im menschlichen Organismus darstellt. Auf der experimentellen Seite konnte bereits eine ganze Reihe von Einzelerkenntnissen zusammengetragen werden (z. B. Phänomenologie, Komposit-Zusammensetzung, Realstruktur der Komposit-Keime, Formentwicklung durch loneneinflüsse). Die entscheidenden Fragen (Mechanismus der Keimbildung, hierarchische Musterbildung, Triebkraft der Selbstorganisationsprozesse) bleiben jedoch noch unbeantwortet und sollen durch Variation der experimentellen Bedingungen sowie Anwendung geeigneter Sonden aufgeklärt werden. Einen ganz wesentlichen Schritt in Richtung auf tieferes Verständnis für die komplexen biomimetischen Vorgänge versprechen wir uns durch die Entwicklung und Anwendung von Computersimulationen. In einer ¿Bottom-Up -Strategie gilt es zunächst, die Voraussetzungen auf der Basis empirischer lokaler atomarer Kraftfelder zu schaffen und ihre Eignung als Modellsystem für kleinere Teilschritte zu prüfen (z. B. Wechselwirkung von Apatit-Oberflächen mit wässrigen lonenlösungen, Aggregation von Calcium- und Phosphationen in wässriger Lösung, Bildung von ionischen Clustern (z B. CaF2) in wässriger Lösung, Wechselwirkung von Calcium- bzw. Phosphationen mit tripelhelicalen Gelatine-Fragmenten). Damit lässt sich nun die Aufgabe angehen, ein System aus Apatitbausteinen und Gelatine-Fragmenten in wässriger Lösung zu komponieren mit dem Ziel, Nukleationspositionen und Nukleationskeime für die Biomineralisation zu identifizieren. Durch geeignete ¿Vergröberung sollen schließlich aus den nanoskopischen Strukturen repräsentative ¿Bauelemente entwickelt werden, die als Basis für die Simulation der Strukturbildung bis in makroskopische Dimensionen (Morphogenese) dienen können. In einer ¿Top-Down -Strategie werden Konzepte und Simulationen eingesetzt, die geeignet sind, die aktuellen experimentellen Ergebnisse zu interpretieren. ¿Bottom-Up - und ¿Top-Down -Strategien sollten sich im fortschreitenden Ablauf des Projektes bis zur Überlappung aufeinander zubewegen. Durch engen wissenschaftlichen Austausch zwischen den Gruppen realisieren wir nicht nur kontinuierliche Abstimmung zwischen Theorie und Experiment, sondern gewinnen gleichzeitig ständig neue Erkenntnisse über Prinzipien der Biomineralisation.

该项目旨在研究氟磷灰石-明胶-纳米复合物的脆弱的Wachstumsmechanismus和Feststellung，使磷灰石-明胶（wässrige Lösungen und Gele）化学体系成为体外生物矿化的理想模型，特别是对Knochen und Zähnen在人的有机体中的培养。在实验中，我们可以看到一种由韦尔登组成的齿轮传动系统。B。Phänomenologie、Komposit-Zusammensetzung、Realstruktur der Komposit-Keime、Formentwicklung durch loneneinflüsse）。这些新的框架（教育机制、教育层次、自组织过程的经验）在实验的变化中仍然是不可靠的，也是可以解决的，因为实验结果的变化可以使测试结果韦尔登。我们通过计算机模拟的开发和应用，对复杂的仿生学模型进行了验证。In einer？自下而上的学习方法是一种新的学习方法，它是基于经验主义的局部原子理论，它的优点是建立了一个适合于小规模教学的模型系统。B。Wechselenchung von Apatit-Oberflächen mit wässrigen lösungen，aggregation von Calcium-und Phosphationen in wässriger Lösung，Bildung von ionischen Schotten（z B. CaF2）in wässriger Lösung，Wechselechtening kung von Calcium-bzw.磷酸化明胶片段）。Damit lässt sich nun die Aufgabe angehen，ein System aus Apatitbausteinen und Gelatine-Fragmenten in wässriger Lösung zu komponieren mit dem Ziel，Nukleationspositionen und Nukleationskeime für die Biomineralisation zu identifieren.多吉涅特Vergröberung sollen schließlich aus den nanoskopischen Strukturen repräsentative Bauelemente entwickelt韦尔登，die als Basis für die Simulation der Strukturbildung bis in makroskopische explosionen（Morphogenese）dienen können. In einer？自上而下的解释韦尔登概念和模拟，这些概念是解释性的实验结果。自下而上和自上而下的方法解决了这一问题。我们不仅要继续保持理论和实验的抽象性，而且要使生物矿化原理成为新的认识论。