Ur ett materialperspektiv är vårt skelett ett kompositmaterial som består av mineralkristaller, också kallat benapatit, och en proteinmatris som till största delen utgörs av kollagen. Benapatit är sprött medan kollagen är mjukt. Ingen av dem är ensam kapabel att ge både den styrka och seghet som behövs i vårt skelett. En kombination av båda materialen ger däremot utmärkta egenskaper och utgör det kompositmaterial som bygger vårt skelett. Hemligheten bakom de utmärkta bärande egenskaperna hos benen i vårt skelett är den komplimenterande strukturen av hårda och mjuka komponenter vilken har optimerats under miljontals år av evolution. I denna ordnade kollagenstruktur finns spatialt begränsade domäner i vilka apatitkristallerna bildas och växer. Denna process kallas för biomineralisering.
Tensider är molekyler med en hydrofil, vattenlöslig del, och en hydrofob, oljelöslig del. Tensider i lösning tenderar att ordna sig på ett sådant vis att den hydrofoba delen av molekylen minimerar sin kontakt med vatten. Vid högre koncentrationer kan högviskösa ordnade strukturer bildas, s.k. vätskekristaller.
I denna avhandling har vätskekristaller använts för att skapa syntetiska analoger till de ordnade kollagenmatriserna som återfinns i ben. Tillväxten av apatitkristaller i dessa vätskekristaller har studerats i olika system med syftet att framställa ett kompositmaterial med egenskaper liknande de hos naturligt ben.
From a material perspective, our bone is a composite material consisting of mineral crystallites (called bone apatite) and protein matrix (mainly collagen). These two components are either brittle (mineral) or soft (collagen) and neither of them alone is capable to provide both strength and toughness needed in our skeleton. The secret to the excellent load-bearing properties of bone is the elaborate structure optimized over millions of years of evolution, where the inorganics - apatite platelets are oriented and embedded in the ordered “soft” organics - collagen matrix. In bone, the ordered collagen matrix is organized autonomously and spontaneously (known as the self-assembly process), and then the mineral apatite grows inside the confined water domain in collagen matrix via a process called biomineralization.
Surfactant is a group of molecules that could self-assemble in water. This is due to the amphiphilicity of the molecules, meaning a part of the molecule loves water while the other part hates it. This thesis uses such molecules to form liquid crystal phases (gels that are well-ordered) as mimetics to the ordered collagenous structure in bone. The growth of calcium phosphate minerals in different liquid crystal systems was investigated. The long-term aim was to develop artificial bone possessing chemical, structural and mechanical properties in comparable to that of natural bone.