液体細胞透過型電子顕微鏡によって観察された炭酸カルシウムの結晶核の胚と前駆体の可能性

いくつかの異なるビルディングブロックまたは前駆体は、炭酸カルシウム（CACO3）の結晶化の初期段階で重要な役割を果たします。この結晶化に関与する基本的なプロセスを解明するために、多くの研究が長期間にわたって行われてきました。ここでは、比較的低い過飽和の溶液からCACO3の核形成の開始時にアモルファス相と胚の役割を報告します。2×1022 M-3 S-1の有意に大きな形成速度で炭酸アモルファス炭酸カルシウム（ACC）に形成された核形成結晶は、ACCと結晶の間に低い界面エネルギーが存在することを示唆しています。150の前核形成結晶で臨界核（〜104分子）のサイズを超えた1つの方解石結晶のみがサイズを超えました。各核形成クリスタルは異なる多型で構成され、ACCは同様の組成と構造を持っています。機械学習と組み合わせて使用​​される粒子検出アルゴリズムは、特徴的な構造を持つ胚が溶液に存在し、核形成に重要な役割を果たす可能性があることを示唆しました。核形成前粒子の溶解直後に同様の胚構造を観察することはできませんでした。この方法は、核生成プロセスを理解するための新しいアプローチを提供する必要があります。

Several different building blocks or precursors play an important role in the early stages of the crystallization of calcium carbonate (CaCO3). Many studies have been conducted over a long period to elucidate the fundamental processes involved in this crystallization. Here, we report the role of an amorphous phase and embryo at the beginning of the nucleation of CaCO3 from solutions of relatively low supersaturation. Prenucleation crystals formed in amorphous calcium carbonate (ACC) at a significantly large formation rate of 2 × 1022 m-3 s-1, suggesting that a low interfacial energy exists between the ACC and crystals. Only one calcite crystal exceeded the size for a critical nucleus (∼104 molecules) in 150 pre-nucleation crystals. Each pre-nucleation crystal might consist of a different polymorph, and ACCs have a similar composition and structure. A particle-detection algorithm, used in conjunction with machine learning, suggested that an embryo with a characteristic structure exists in solution and might play a crucial role in nucleation. No similar embryonic structure could be observed immediately after the dissolution of pre-nucleation particles, implying that their dissolution process is not simply the reverse process of their growth. This method should provide a new approach to understanding nucleation processes.