Revealing nanoscale mineralization pathways of hydroxyapatite using in situ liquid cell transmission electron microscopy

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作者
Kun He,Michal Sawczyk,Cong Liu,Yifei Yuan,Boao Song,Ramasubramonian Deivanayagam,Anmin Nie,Xiaobing Hu,Vinayak P. Dravid,Jun Lu,Cortino Sukotjo,Yu-peng Lu,Petr Král,Tolou Shokuhfar,Reza Shahbazian-Yassar
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science (AAAS)]
卷期号:6 (47) 被引量:39
标识
DOI:10.1126/sciadv.aaz7524
摘要

To treat impairments in hard tissues or overcome pathological calcification in soft tissues, a detailed understanding of mineralization pathways of calcium phosphate materials is needed. Here, we report a detailed mechanistic study of hydroxyapatite (HA) mineralization pathways in an artificial saliva solution via in situ liquid cell transmission electron microscopy (TEM). It is found that the mineralization of HA starts by forming ion-rich and ion-poor solutions in the saliva solution, followed by coexistence of the classical and nonclassical nucleation processes. For the nonclassical path, amorphous calcium phosphate (ACP) functions as the substrate for HA nucleation on the ACP surface, while the classical path features direct HA nucleation from the solution. The growth of HA crystals on the surface of ACP is accompanied by the ACP dissolution process. The discoveries reported in this work are important to understand the physiological and pathological formation of HA minerals, as well as to engineer the biomineralization process for bone healing and hard tissue repairs.
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