Biominéralisation
Définition
La biominéralisation est la science qui étudie la formation des squelettes par voie de minéralisation; c'est en particulier le cas pour les coraux durs qui synthétisent le calcium pour créer un squelette solide ou les végétaux avec des phytolithes. C'est un processus qui permet de produire des produits minéraux (bio-minéraux) à la suite de l'activité d'organismes.
Une biominéralisation de bactérie :
La biominéralisation de spécimens minéralisés de Gallionella ferruginea (une bactérie nitrosomas) existe dans le produit de la corrosion d'un tuyau en fonte grise pour eau potable. Ici, un détail de l'image : 1,7 × 2,5 mm.
Explications
La biominéralisation traite de l'étude de la structure, des propriétés et de la formation de solides inorganiques dus aux organismes vivants. Les biominéraux contiennent 10 % de matière organique. Pour cette raison, l'étude biominérale nécessite une observation détaillée des écosystèmes biologiques et des biominéraux qui en dérivent. En raison de sa composition, les biominéraux ont différentes applications en biomédecine et en biomécanique. Parmi les différentes structures composées d'organismes, la priorité est donnée à celles construites en carbonate de calcium et en phosphate de calcium; en particulier, divers types d'os, d'oeufs ou de coquillages. L'objectif est d'étudier la manière dont ces composants ordonnés se retrouvent dans les solides inorganiques et les processus qui les ont provoqués de cette manière.
La capacité de biominéralisation est presque aussi vieille que la vie sur Terre (avec les premiers procaryotes dans l'archaïque émergés) et est soumise à un processus d'évolution tout aussi long. L'optimisation permanente des processus de minéralisation qui en découle a conduit à des résultats de plus en plus intéressants pour la science et la technologie (bionique).
La biominéralisation peut être divisée en trois types de base : les réactions de précipitation et d'oxydation, les réactions qui produisent des minéraux parfaitement cristallisés et les réactions qui conduisent à des "composites". On accorde généralement la plus grande attention à ce dernier type de réaction, de sorte qu'il peut être qualifié de "biominéralisation au sens strict".
Les réactions de précipitation et d'oxydation sont des réactions relativement simples dans lesquelles des substances dissoutes sont converties par l'activité métabolique de micro-organismes en substances non dissoutes; ces réactions forment des stromatolithes, des hydrates d'oxyde ferrique, des oxydes de manganèse, des dépôts de pyrite et de marcassite.
Les réactions produisant des minéraux parfaitement cristallisés forment des minéraux avec un point de fusion relativement bas : carbonate de calcium et magnétite principalement.
Il existe aussi une production de biominéraux composites. Les composites permettent de combiner des matériaux de propriétés différentes de manière à créer de nouveaux matériaux. Le matériau composite le plus connu est le béton armé, qui combine la résistance à la compression du béton et la résistance à la traction de l'acier. Dans la nature, les composites sont largement utilisés. Le composant inorganique de ces produits biologiques est généralement produit avec une très petite taille de particules. Par conséquent, les termes "nano-composite" et "matériau hybride" sont courants. Les matériaux en os et en émail ainsi que les coquilles d'oeufs, de coquilles et de diatomées en sont des exemples bien connus.
Les scientifiques tentent de séparer en douceur les composants des composites naturels et de les analyser séparément. La structure et la fonction des substances peuvent être élucidées progressivement. Cependant, la question de savoir quels organismes interviennent dans le bilan matière de leur environnement pour réaliser la biominéralisation est encore loin d'être résolue.
La cristallisation biomimétique est, dans la science des matériaux, la biominéralisation - appelée en laboratoire de chimie la "minéralisation biomimétique" - joue un rôle de plus en plus important. Les lois qui régissent l'auto-organisation conduisent à la formation de matériaux composites à partir de composants organiques et inorganiques. Les peptides jouent un rôle clé.
Certains peptides conviennent également à la production de cristaux purement inorganiques. Par exemple, on a découvert un peptide qui permet la formation de powellite (un molybdate de calcium de formule CaMoO4 en solution aqueuse. La production technique de ce minéral est utilisée comme luminophore dans les LED, et nécessite des températures de 500 à 1 000 °C.
Synonymes, antonymes
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En rapport avec "biominéralisation"
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