Для создания моделей биоминерализаци весьма важны химические представления о процессах образования кристаллов и агрегирования частиц в определённых условиях. Примеры моделей основаны на следующих процессах –

1. мембранно-пузырьковое осаждение

2. осаждение из растворов с последующей кристаллизацией

3. осаждение и рост кристаллов под воздействием органических в-в.

Может возникнуть вопрос - зачем нам иметь представление о механизмах биоминерализации? Ответ – учитывая механизмы легче создавать биосовместимые материалы и лечить болезни связанные с нарушением образования твёрдых тканей.

Начнём наше рассмотрение с мембранно-пузырькового осаждения. Этот механизм играет огромную роль в формировании неорганических твёрдых веществ in vivo. Этот процесс моделировался при осаждении в синтетических фосфолипидных мембранных пузырьках диаметром ~ 30 нм. Целью такого моделирования было определение возможностей мембранно-пузырьковой минерализации и способов контроля этих процессов. Для сравнения материалы получаемые таким образом могут принципиально отличаться от полученных обычным осаждением в растворе. Химические потенциалы генерируемые в микрообьёмах пузырьков изминяют редокс-потенциалы, кинетические и структурные св-ва материала.

Пузырьки с мембраной из фосфатидил холина можно получить, облучая ультразвуком водную дисперсию липида около точки перехода гель-жидкость. Если взять р-р металла в этом процессе, то ионы метала будут находиться внутри пузырьков. Всё теперь в пузырьках можно проводить процесс биоминерализации при использовании таких мембренно-проницаемых в-в/ионов как H2S, OH-, и другие. Можно также ввести в мембрану ионопроводящие каналы.

До проведения р-ции большинство ионов прочно связывается с фосфатной частью фосфолипидов и нуклеация была локализована на органическом слое. При проведении осаждения р-ра хлорида железа(III) в р-ре оюразовывался чистый гоетит (γ-FeOOH), а в пузырьках образовался сферулит-магнетит Fe2O3, и ферригидрит. Эти различия объясняются в основном кинетическим контролем – мембрана пропускает ионы с определённой скоростью, но также большую роль вносит и фосфолипидная матрица.

Возможен также процесс биоминерализации основанный на транспорте катионов через фосфолипидную мембрану. Но для этого транспорта не обходимы ионофоры. Их строение может быть весьма разнообразным. Чаще всего для селективного транспорта катионов 2-й группы используют краун эфиры.

Огромным преимуществом пузырьковой биоминерализации является возможность регуляции рН р-ра как в пузырьках так и в окружающей среде. Примеров и общих закономерностей в этом случае я приводить не буду т.к. влияние рН высокоспецифично для каждой р-ции.

Мы можем видить что моделируя пузырьковую минерализацию мы получили очень гибкий инструмент для создания биокомпозитов и просто материалов с заданными с-вами.

Следующий важнейший класс моделей, котором я расскажу, подробно это минерализация на органических матрицах. В качестве матрицы берём плёнки Лангмуира – Блоджета. Минерализацию CaCO3 можно было регулировать, добавляя мономолекулярные плёнки из стеариновой кислоты, или октадецил амина. Наиболее характерным фактом, на мой взгляд, является то, что в присутствии плёнок из октодециламина тип кристаллов CaCO3 переставал зависеть от концентрации кальция.