플래티 나노에 대한 독특한 원섬유

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2189(2023) 이 기사 인용

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생체결정 배열의 다양화, 다양한 규모 수준의 생체고분자 통합 및 계층적 구조는 생체재료 최적화의 핵심입니다. 플랑크톤 회전성 유공충 Pulleniatina obliquiloculata는 껍질에 새로운 종류의 중결정 구조를 표시합니다. 껍질 형성은 1차 유기 시트(POS)인 근경 네트워크의 결정화로 시작됩니다. POS의 한 면에는 결정이 1μm의 블록 도메인으로 구성됩니다. POS 결정의 반대편에는 수지상-프랙탈 형태가 있고 서로 맞물려 있으며 크기가 수십 마이크로미터에 이릅니다. 수지상-프랙탈 결정은 쌍둥이가 됩니다. 핵 생성 부위에서 쌍정 결정은 미세한 원섬유로 구성됩니다. 핵 생성 부위에서 멀어짐에 따라 원섬유는 결정학적으로 잘 일치하는 나노섬유 묶음으로 진화하고 외부 껍질 표면을 연결하는 쌍을 이루는 판형 블레이드 모양의 결정으로 진화합니다. 형태학적 나노섬유 축은 결정학적 c축이며 둘 다 껍질 저장고에 수직입니다. 나노섬유형 방해석은 60°/[100](=m/{001}) 쌍정 법칙에 따라 다합성 쌍정을 이루고 있습니다. 우리는 결정 경쟁을 통한 높은 과포화 및 성장에서 쌍정 프랙탈 수지상 결정 형성을 입증합니다. 우리는 또한 c축 정렬이 POS의 생체고분자에 의해 이미 유도되었으며 단순히 성장 경쟁의 결과가 아니라는 것을 보여줍니다. 우리는 회전형 방해석 형성으로 이어지는 결정 요인에 대해 논의합니다.

유공충은 광범위한 해양 환경1,2,3,4,5에 서식하는 단세포 유기체입니다. 대부분의 유공충은 탄산칼슘으로 광물화된 챔버 껍질로 세포질을 보호합니다(예: 6,7,8,9,10). Foraminifera 껍질은 다양한 챔버 및 껍질 형태를 나타냅니다3,11,12,13,14. 껍데기 형태의 다양성, 거의 모든 해양 환경에 널리 존재함, 잘 기록된 화석 기록으로 인해 이 원생동물 그룹은 전 세계 탄산염 수지 평가와 진화, 층서학, 고생태학 연구 및 고기후 재구성에 가장 적합한 분류군 중 하나로 간주됩니다3 ,9,12,15,16,17.

방해석 결정 조직은 저서 회전 생물종인 Amphistegina Lessonii(d'Orbigny 1826), Amphistegina lobifera(Larsen 1976) 및 Ammonia tepida(Cushman 1926)의 껍질에 대해 조사되었습니다. 결정은 중결정이며 A. Lessonii, A. lobifera 및 A. tepida는 두 가지 형태 중 하나를 갖는 결정 껍질을 형성하는 것으로 나타났습니다. (1) 덩어리지고 소수 마이크로미터 크기의 결정, (2) 더 큰 결정 , 내부 나노섬유/나노플라티 구조를 갖는 수십 마이크로미터 크기의 수지상 프랙탈 결정. 이 두 가지 다른 유형의 나노구조와 미세구조는 핵형성이 일어나고 껍질 광물화가 시작되는 생체고분자 네트워크인 1차 유기 시트(POS)를 통해 서로 구분됩니다.

여기서 우리는 플랑크톤 회전성 유공충 껍질 방해석의 나노미터 규모 구조와 서브마이크로미터 규모의 결정학적 조직을 조사합니다. 우리는 연구를 위해 플랑크톤 종인 Pulleniatina obliquiloculata, Pulleniatinidae과, Rotaliida 목을 선택했습니다(Parker and Jones, 1865). P. obliquiloculata는 최대 수심 100m의 환경에 서식하며 열대 해양에서 가장 풍부한 플랑크톤 종 중 하나입니다19,20. P. obliquiloculata의 껍질은 껍질 석회화에 대한 환경 제어를 조사하는 연구와 지구 육상 ​​탄소 순환에 대한 플랑크톤 유공충 껍질 기여도를 평가하는 데 널리 사용됩니다19,20. 우리는 P. obliquiloculata 방해석의 결정 핵 생성과 성장에 대해 논의하고 핵 생성을 주형으로 하는 생체고분자 네트워크 내에서 껍질을 구성하는 주요 결정 형태가 모두 개발된다는 것을 보여줍니다. 껍질의 대부분은 수지상 프랙탈 결정으로 형성되어 있으므로 특히 이를 자세히 설명하고 후자의 결정이 높은 과포화도와 pH에서 핵을 형성하고 경쟁적 성장 과정을 통해 더 큰 결정으로 성장한다는 것을 보여줍니다. 후자의 공정은 결정 집합체의 텍스처 패턴(원통형 텍스처) 형성에 크게 기여합니다. 우리는 수지상 프랙탈 결정이 구체적이고 독특한 나노 및 미세 구조를 가지고 있음을 보여주고 이러한 결정이 쌍둥이 방해석으로 구성되어 있음을 보여줍니다. 우리의 미세 구조 결정학 관찰을 바탕으로 우리는 P. obliquiloculata 껍질 방해석 형성을 시작, 제어 및 안내하는 주요 결정 요인에 대해 논의합니다.