Physical Phenomena Governing Mineral Morphogenesis in Molluscan Nacre

生物矿化 矿物 形态发生 纳米技术 材料科学 形态学(生物学) 化学 地质学 古生物学 冶金 生物化学 基因
作者
László Gránásy,László Rátkai,Igor Zlotnikov,Tamás Pusztai
出处
期刊:Small [Wiley]
标识
DOI:10.1002/smll.202304183
摘要

Mollusks, as well as many other living organisms, have the ability to shape mineral crystals into unconventional morphologies and to assemble them into complex functional mineral-organic structures, an observation that inspired tremendous research efforts in scientific and technological domains. Despite these, a biochemical toolkit that accounts for the formation of the vast variety of the observed mineral morphologies cannot be identified yet. Herein, phase-field modeling of molluscan nacre formation, an intensively studied biomineralization process, is used to identify key physical parameters that govern mineral morphogenesis. Manipulating such parameters, various nacre properties ranging from the morphology of a single mineral building block to that of the entire nacreous assembly are reproduced. The results support the hypothesis that the control over mineral morphogenesis in mineralized tissues happens via regulating the physico-chemical environment, in which biomineralization occurs: the organic content manipulates the geometric and thermodynamic boundary conditions, which in turn, determine the process of growth and the form of the biomineral phase. The approach developed here has the potential of providing explicit guidelines for the morphogenetic control of synthetically formed composite materials.

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