@phdthesis{Gehrke2006,
  author    = {Gehrke, Nicole},
  title     = {Retrosynthese von Perlmutt},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-7971},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2006},
  abstract  = {In dieser Arbeit ist es gelungen, die Bedeutung physikalisch-chemischer Mechanismen in der Biomineralisation gegen{\"u}ber der bisher angenommenen Dominanz spezifischer biomolekularer Erkennungsmechanismen aufzuzeigen. Dazu wurden drei Ans{\"a}tze verfolgt: Zum einen wurden Studien zur Calciumcarbonatkristallisation durchgef{\"u}hrt. Zum anderen wurde das Biomineral Perlmutt intensiv untersucht. Als drittes wurde ein Modellsystem entwickelt, mit dem k{\"u}nstliches Perlmutt synthetisiert und ein Mechanismus f{\"u}r die Perlmuttmineralisation vorgeschlagen werden konnte. Im ersten Schritt wurden in einem simplen Kristallisationsansatz komplexe Calciumcarbonat{\"u}berstrukturen ohne die Verwendung von Additiven synthetisiert. Es wurde gezeigt, daß diese durch orientierte Anlagerung von Nanopartikeln gebildet werden, bei der dipolare Felder eine wichtige Rolle zu spielen scheinen. Dieser Mechansimus war bislang f{\"u}r Calciumcarbonat unbekannt und erm{\"o}glicht die Synthese komplexer Kristallmorphologien, wodurch die Frage aufgeworfen wird, ob er bei der Biomineralbildung von Bedeutung sein kann. Durch Einsatz minimaler Mengen eines einfachen, synthetischen Additivs bei der Kristallisation wurden zu {\"U}berstrukturen angeordnete Aragonitpl{\"a}ttchen synthetisiert, die von einer wenige nm dicken Schicht aus amorphen Calciumcarbonat umgeben sind. Eine solche Schicht wurde auch bei den Aragonitpl{\"a}ttchen Perlmutts entdeckt (s.u.) und bietet m{\"o}glicherweise in verschiedenen Systemen eine Erkl{\"a}rung f{\"u}r die Stabilisierung der sonst metastabilen Aragonitphase. Im zweiten Schritt wurden bei der Untersuchung von nat{\"u}rlichem Perlmutt zwei bislang unbekannte Strukturmerkmale entdeckt: Es gibt Bereiche, die nicht aus den charakteristischen Pl{\"a}ttchen bestehen, sondern wesentlich weniger stark mineralisert sind. Die Mineralphase besteht in diesen Bereichen aus Nanopartikeln. Es wurde weiterhin gezeigt, daß die Aragonitpl{\"a}ttchen von einer wenige nm dicken Schicht aus amorphem Calciumcarbonat umgeben ist. Die g{\"a}ngigen Modelle der Perlmuttbildung sind mit diesen Beobachtungen nicht zu vereinbaren und somit zu hinterfragen. Dagegen deuten diese Ergebnisse ein Wachstum von Perlmutt {\"u}ber ACC-Nanopartikel an. Unter der Annahme der Bedeutung physikalisch-chemischer Mechanismen in der Biomineralisation wurde schließlich als dritter Schritt ein Ansatz zur in vitro-Retrosynthese von Biomineralien ausgehend von ihrer unl{\"o}slichen Matrix entwickelt. Mit diesem Ansatz ist es erstmals gelungen, k{\"u}nstliches Perlmutt auf synthetischem Wege herzustellen, das morphologisch nicht vom Original zu unterscheiden ist. Die existierenden Unterschiede konnten zeigen, daß der Mineralisationsprozeß nicht auf ein spezifisches Mikroumgebungssystem beschr{\"a}nkt, sondern "allgemeiner g{\"u}ltig"' sein muß. Bei der Retrosynthese gibt es zwei Schl{\"u}sselfaktoren: Zum einen die demineralisierte unl{\"o}sliche Perlmuttmatrix als dreidimensionales Ger{\"u}st f{\"u}r das k{\"u}nstliche Perlmutt, zum anderen amorphe Precursorpartikel, die die Mineralphase bilden. Es werden keinerlei Proteine oder andere Biomolek{\"u}le verwendet. Dieser Ansatz bietet die M{\"o}glichkeit, den Mineralisationsprozeß an einem in vitro-Modellsystem zu verfolgen, was f{\"u}r das in vivo-System, wenn {\"u}berhaupt, nur unter starken Einschr{\"a}nkungen m{\"o}glich ist. Es wurde gezeigt, daß das k{\"u}nstliche Perlmutt {\"u}ber die Mesoskalentransformation von ACC-Precursorn innerhalb der Matrix gebildet wird und als m{\"o}glicher Mechanismus bei der Biomineralisation von nat{\"u}rlichem Perlmutt diskutiert. Es konnte in der vorliegenden Arbeit konsequent gezeigt werden, daß die Imitation von Biomineralisationsprozessen in in vitro-Ans{\"a}tzen m{\"o}glich ist, wobei chemisch-physikalische Parameter dominieren. In zuk{\"u}nftigen Studien sollten einerseits die mechanischen Eigenschaften des k{\"u}nstlichen Perlmutts untersucht werden, wof{\"u}r sich in Vorversuchen im Rahmen dieser Arbeit die Nanoindentierung als geeignet herausgestellt hat. Es sollte gepr{\"u}ft werden, ob das hier ermittelte Prinzip zur Mineralisierung in der Materialentwicklung angewendet werden kann. Andererseits sollte die Retrosynthese auf andere Systeme ausgeweitet und in vivo-Studien durchgef{\"u}hrt werden, um die G{\"u}ltigkeit der vorgeschlagenen Mechanismen zu {\"u}berpr{\"u}fen.},
  subject      = {Biomineralisation},
  language  = {de}
}