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From spinodal decomposition to alternating layered structure within single crystals of biogenic magnesium calcite.
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2019-10-08 , DOI: 10.1038/s41467-019-12168-8 Eva Seknazi 1 , Stas Kozachkevich 1 , Iryna Polishchuk 1 , Nuphar Bianco Stein 1 , Julie Villanova 2 , Jussi-Petteri Suuronen 2 , Catherine Dejoie 2 , Paul Zaslansky 3 , Alex Katsman 1 , Boaz Pokroy 1
Nature Communications ( IF 14.7 ) Pub Date : 2019-10-08 , DOI: 10.1038/s41467-019-12168-8 Eva Seknazi 1 , Stas Kozachkevich 1 , Iryna Polishchuk 1 , Nuphar Bianco Stein 1 , Julie Villanova 2 , Jussi-Petteri Suuronen 2 , Catherine Dejoie 2 , Paul Zaslansky 3 , Alex Katsman 1 , Boaz Pokroy 1
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As organisms can form crystals only under ambient conditions, they demonstrate fascinating strategies to overcome this limitation. Recently, we reported a previously unknown biostrategy for toughening brittle calcite crystals, using coherently incorporated Mg-rich nanoprecipitates arranged in a layered manner in the lenses of a brittle star, Ophiocoma wendtii. Here we propose the mechanisms of formation of this functional hierarchical structure under conditions of ambient temperature and limited solid diffusion. We propose that formation proceeds via a spinodal decomposition of a liquid or gel-like magnesium amorphous calcium carbonate (Mg-ACC) precursor into Mg-rich nanoparticles and a Mg-depleted amorphous matrix. In a second step, crystallization of the decomposed amorphous precursor leads to the formation of high-Mg particle-rich layers. The model is supported by our experimental results in synthetic systems. These insights have significant implications for fundamental understanding of the role of Mg-ACC material transformation during crystallization and its subsequent stability.
中文翻译：
从生物镁方解石单晶内的旋节线分解到交替层状结构。
由于生物体只能在环境条件下形成晶体，因此它们展示了克服这一限制的令人着迷的策略。最近，我们报道了一种以前未知的生物策略，用于韧化脆性方解石晶体，使用以分层方式排列在脆星 Ophiocoma wendtii 晶状体中的富镁纳米沉淀物。在这里，我们提出了在环境温度和有限固体扩散条件下形成这种功能分级结构的机制。我们提出，通过将液体或凝胶状镁无定形碳酸钙（Mg-ACC）前体旋节线分解为富镁纳米粒子和贫镁无定形基质来进行形成。在第二步中，分解的非晶前体的结晶导致形成富含高镁颗粒的层。该模型得到了我们在合成系统中的实验结果的支持。这些见解对于从根本上理解 Mg-ACC 材料转变在结晶过程中的作用及其随后的稳定性具有重要意义。
更新日期：2019-10-08
中文翻译：
从生物镁方解石单晶内的旋节线分解到交替层状结构。
由于生物体只能在环境条件下形成晶体，因此它们展示了克服这一限制的令人着迷的策略。最近，我们报道了一种以前未知的生物策略，用于韧化脆性方解石晶体，使用以分层方式排列在脆星 Ophiocoma wendtii 晶状体中的富镁纳米沉淀物。在这里，我们提出了在环境温度和有限固体扩散条件下形成这种功能分级结构的机制。我们提出，通过将液体或凝胶状镁无定形碳酸钙（Mg-ACC）前体旋节线分解为富镁纳米粒子和贫镁无定形基质来进行形成。在第二步中，分解的非晶前体的结晶导致形成富含高镁颗粒的层。该模型得到了我们在合成系统中的实验结果的支持。这些见解对于从根本上理解 Mg-ACC 材料转变在结晶过程中的作用及其随后的稳定性具有重要意义。
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