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Untersuchungen der Bildungsprozesse und der Struktur des ...

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4 Kristallisationskammer

4 Kristallisationskammer trug 20 mM. Vorrangig wuchsen Vateritkristalle (Abb. 4.10 (a) und (b)) auf der unlöslichen Matrix auf. Es konnten außerdem flache Kristalle beobachtet werden (Abb. 4.10 (c) - (f)), deren Morphologie jedoch zum Teil auf Vaterit hinweist. So ist beispielsweise in Abb. 4.10 (d) ein Kristall zu erkennen, dessen unterer Randbereich eindeutig als Vaterit zu erkennen ist, dessen oberer Bereich jedoch flach ausgeprägt ist. Anders als bei den in Abb. 4.8 (c) - (f) präsentierten SEM Aufnahmen flacher Kristalle weist die Oberfläche dieser Kristalle eine starke Rauigkeit auf. Das Wachstum von nadelförmigem Aragonit konnte trotz der erhöhten Temperatur nicht beobachtet werden und auch das Wachstum flacher Kristalle mit einer Morphologie ähnlich der Morphologie der in Abb. 4.6, Abb. 4.7 oder Abb. 4.8 (c) - (f) gezeigten flachen Kristalle trat nicht auf. Ein reproduzierbares Wachstum flacher Aragonitkristalle konnte durch die Erhöhung der Temperatur folglich nicht erreicht werden (Experimente 13 - 15 (15 mM) sowie 25 und 26 (20 mM) in Anhang A.8). Die Versuche wurden zudem mit 10 mM Salzlösungen und Temperaturen zwischen 40 ◦ C und 50 ◦ C durchgeführt (Experimente 3 - 6 Anhang A.8). Unter diesen Bedingungen wuchs ähnlich wie bei Raumtemperaturen nur sehr wenig Vaterit und Calcit auf. Wachstum von nadelförmigem Aragonit oder flachen Kristallen konnte nicht beobachtet werden (Ergebnisse nicht gezeigt). Der nachfolgende Abschnitt beschäftigt sich mit einer weiteren Variation des Experiments, mit der eine gesteigerte Reproduzierbarkeit des Wachstums flacher Kristalle auf der unlöslichen Matrix erreicht werden sollte. 4.3.4 CaCO3 - Kristallisation unter Hinzugabe der löslichen Matrix Während der Entmineralisierung des Perlmutts mit 100 mM EDTA zur Präparation der unlöslichen Matrix wurden nicht nur die Aragonitplättchen, sondern auch in EDTA lösliche Proteine entfernt. Da diese Proteine aber einen entscheidenden Einfluss auf das Wachstum von CaCO3 - Kristallen haben können, wurden in diesem Teil der Arbeit verschiedene Konzentrationen der löslichen Matrix zu den Salzlösungen gegeben. Wie in Anschnitt 4.2.2 beschrieben, wurde die lösliche Matrix über Entmineralisierung des Perlmutts mit 6 %iger Essigsäure präpariert. Es ist zu beachten, dass die so präparierte lösliche Matrix eine andere Proteinzusammensetzung enthalten kann als eine mittels EDTA präparierte lösliche Matrix. Um dies zu prüfen, wurden sowohl von der EDTA als auch von der Essigsäure löslichen und unlöslichen Matrix SDS PAGEs (sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis) erstellt, um Informationen über die in den verschiedenen Matrices verbleibenden Proteine zu erhalten. Die Präparation dieser Gele ist in Anhang A.7 beschrieben. In Abb. 4.11 ist eine Gegenüberstellung dieser Gele gezeigt. In beiden Bildteilen befindet sich in der linken Bahn der Marker (M), der Proteine mit bekanntem Molekulargewicht enthält. In der mittleren und rechten Bahn sind die Proteine der unlöslichen und der löslichen Matrix präpariert über EDTA (a) bzw. 6 %ige Essigsäure (b) zu erkennen. Ein Vergleich der EDTA und Essigsäure unlöslichen Matrix zeigt, dass im Wesentlichen Banden bei den gleichen Proteingewichten auftreten. Dies bedeutet, dass sich die Art der in der unlöslichen Matrix befindlichen Proteine nicht unterscheidet. Ob die Zusammensetzung dieser Proteine ebenfalls vergleichbar ist oder ob die Proteine in den jeweiligen unlöslichen Matrices in unterschiedlichen Mengenverhältnissen vorkommen, kann anhand der Gele nicht bestimmt werden. Für die EDTA und Essigsäure lösliche Matrix können ebenso Übereinstimmungen der auftretenden Banden beobachtet werden. In beiden Gelen ((a) L und (b) L) knapp über und unter 21,5 kDa befinden sich Banden, deren Positionen übereinstimmen (schwarze und grüne Pfeile), sowie im Bereich von 10 kDa (blauer Pfeil). Demnach ist es durchaus legitim, anstatt der EDTA löslichen Matrix die Essigsäure lösliche Matrix zu verwenden, da die darin befindlichen Proteine übereinstimmen. In dem vorhergehenden Abschnitt 4.1.1 wurde erläutert, dass die lösliche Matrix die Präzipitationsrate in übersättigten CaCO3 - Lösungen beeinflusst. In diesem Abschnitt soll nun gezeigt werden, wie sich 54

4.3 Ergebnisse Abb. 4.11: SDS PAGEs (a) EDTA. (b) Essigsäure. Die jeweils gleichfarbigen Pfeile markieren Banden, die sowohl in der EDTA- als auch in der Essigsäurepräparation übereinstimmen. M: Protein Marker; das Molekulargewicht ist in kDa angegeben, UL: unlösliche Matrix, L: lösliche Matrix. Die SDS PAGEs wurden von M. Gummich, Universität Bremen erstellt. die Zugabe der löslichen Matrix auf das CaCO3 - Kristallisationsverhalten auf der unlöslichen Matrix auswirkt. Es wurden dazu verschiedene Konzentrationen der löslichen Matrix zu den NaHCO3 - und CaCl2 - Lösungen gegeben. Vorrangig wurden die Konzentrationen 0,02 µg/ml und 1 µg/ml gewählt, die bei der Hinzugabe zu einer übersättigten CaCO3 - Lösung (bestehend aus einer gleichteiligen Mischung aus 20 mM NaHCO3 - und 20 mM CaCl2 - Lösung) eine um den Faktor 1,5 gesteigerte Präzipitationsrate des Calciumcarbonates (im Vergleich zu Präzipitationsraten ohne Zugabe der löslichen Matrix) bzw. vollständige Inhibition der Calciumcarbonatpräzipitation zur Folge haben. In dieser Arbeit wurde der Einfluss der unterschiedlichen Konzentrationen der löslichen Matrix auf das Calciumcarbonatwachstum in der Kristallisationskammer auf der unlöslichen Matrix untersucht. Dabei wurde neben den beiden oben genannten Konzentrationen auch eine Konzentration von 0,5 µg/ml verwendet. Bei dieser Konzentration tritt bei den in [55] vorgestellten Versuchen eine Reduzierung der Präzipitationsrate um etwa den Faktor 3 auf. Hinzugabe von 1 µg/ml löslicher Matrix Unter Hinzugabe von 1 µg/ml löslicher Matrix zu den 20 mM NaHCO3 - und CaCl2 - Lösungen wurde das CaCO3 - Kristallwachstum auf der unlöslichen Matrix nahezu vollständig inhibiert (Experimente 34, 35, 38 und 39 in Anhang A.8). In der im Anhang A.8 dargestellten Tabelle A4 ist zu erkennen, dass im SEM lediglich auf einer von 8 Proben Vaterit und ebenfalls auf einer von 8 Proben Calcit ausgemacht werden konnte. Diese Kristalle wiesen große Durchmesser im Bereich von bis zu 30 µm (Calcit) und 100 µm (Vaterit) auf und kamen nur in einer sehr geringen Anzahl auf der Oberfläche der unlöslichen Matrix vor (siehe Abb. 4.12 (a) und (b)). In den meisten der durchgeführten Versuche (6 von 8 Proben) fand jedoch keinerlei Wachstum auf der unlöslichen Matrix statt. Das Auftreten von flachen Kristallen oder nadelförmigem Aragonit konnte somit in keinem Fall beobachtet werden. SEM Aufnahmen der unbewachsenen unlöslichen Matrix nach der Behandlung in der Kristallisationskam- 55

Kapitel 3 Untersuchungen zur Struktur
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