Examination of the influences of additives on the crystallization of CaCO3

Abstract

CaC03 ist das häufigste Biomineral der Erde und dient als Baumaterial für eine Vielzahl von Endo- und Exoskeletten von Schnecken, Seeigeln oder Muscheln. In diesen natürlichen Systemen wird Calciumcarbonat zunächst als hydratisiertes amorphes Calciumcarbonat (ACC) gebildet und nachgelagert zum Ort der gewünschten Umwandlung zu kristallinem Material transportiert. Hierbei wird die Auswahl und Stabilisierung eines bestimmten Polymorphs oftmals von Ionen, kleineren Molekülen oder Proteinen gesteuert. Zweifellos ist die Stabilisierung eines bestimmten Polymorphs des CaC03 sowie die Entwicklung der Morphologie und der Einbau von Additiven immer noch nicht vorhersagbar. Um Vorhersagen treffen zu können bedarf es eines genauen Studiums der Einflüsse der Additive auf die Bildung des kristallinen CaC03. Diese Dissertation verfolgt das Ziel den Einfluss diverser Additive zu studieren, um die unterschiedlichen Arten der Beeinflussung besser zu verstehen. Hierfür wurden funktionalisierte anorganische Au bzw. Au@Fe3Ü4 Nanopartikel, Polymere sowie Proteine und Ionen als Additive verwendet, um deren Einfluss auf die Kristallisation von CaC03 zu untersuchen. Im Kapitel zu Nanopartikeladditiven werden definierte Strukturen, Funktionalisierungen und Materialien als relevante Kriterien für eine starke Interaktion mit CaC03 identifiziert. Dabei konnte Epitaxie zwischen Calcit und Goldnanopartikeln unter Bildung eines Au@CaC03 Komposits beobachtet werden. Als weitere Nanopartikelklasse wurden Au@Fe3Q4 Januspartikel unterschiedlicher Funktionalisierung auf den Einfluss von Amphiphilie, Anisotropie und Dispergierbarkeit von anisotropen Januspartikel Additiven auf die Kristallisation von Ca(Q3 hin untersucht. Zur besseren Vergleichbarkeit der Januspartikel unterschiedlicher Funktionalisierungen wurde außerdem eine neue Synthese mit besserer Monodispersität und Reproduzierbarkeit der Januspartikel entwickelt. Zum Studium der Klasse der flexiblen, polymeren Additive wird der Einfluss durch hyperverzweigte und lineare PolyTHF Polycarboxylate auf Ca(Q3 untersucht. Dabei wurde gezeigt, dass für beide Additive trotz gleicher Carboxylgruppenkonzentration verschiedene Kristallmorphologien des Calcits erhalten werden. Als Projekt mit biologischer Relevanz wurde die Frage nach der Funktion der Acetylcholin­ Bindeproteine der Posthor"nschnecke Biomphalaria glabrata in der Ca(Q3 Schalenbildung untersucht. Hierbei wurden den beiden lsoformen Bg-AChBPl und Bg-AChBP2 vollig unterschiedliche Rollen zu Teil, trotz der Ähnlichkeit von 52%. Während Bg-AChBPl mit Magnesiumionen selektiv Aragonit stabilisiert, konnte gezeigt werden, dass Bg-AChBP2 sehr effektiv die Kristallisation von CaC03 inhibiert.