ИСТИНА

Биоминеральные композиты представляют собой сложные гетерогенные системы, в которых неорганические фазы тесно взаимодействуют с органическим матриксом, требуют для своего изучения применения высокоточных аналитических методов. Особую сложность представляет исследование химического состава таких систем in situ без существенного нарушения их природной структуры. Энергодисперсионная рентгеновская спектроскопия (EDX), являясь стандартным методом в минералогии, до сих пор не нашла широкого применения в биоминералогии, что связано преимущественно с трудностями пробоподготовки и интерпретации получаемых данных. Поскольку биологические образцы обладают естественной пористостью, полученные данные EDX-анализа зачастую являются артефактами, поскольку согласно литературным данным, ровная поверхность образца напрямую влияет на точность элементного анализа, так как характеристическое излучение может быть экранировано стенками углублений в материале. В настоящем исследовании предпринята попытка оптимизации методики EDX-анализа на примере изучения спикул голожаберного моллюска Onchidoris muricata. Особое внимание было уделено сравнительному анализу различных методов пробоподготовки. Традиционный метод анализа по сломам, хотя и позволяет быстро получить данные о составе, может приводить к существенным искажениям из-за механических повреждений образца. Альтернативный подход, включающий заливку в эпоксидную смолу с последующей шлифовкой, продемонстрировал значительные преимущества, поскольку позволяет устранить специфическую пористость объекта, сохранить структурной целостности и избежать артефактов сканирования. Полученные EDX-данные были верифицированы с помощью Рамановской спектроскопии, что позволило не только подтвердить кальцитовую и магнезиально-кальцитовую природу исследуемых спикул, но и выявить локальные вариации их химического состава. Применение методов статистического анализа, в частности иерархической кластеризации, дало возможность выделить три четко различимые группы спикул, характеризующиеся различным соотношением ключевых элементов (Ca, Mg, O, C, Traces (Cl, F)). Интересно отметить, что две из этих групп, обладая сходной слоистой микроструктурой, тем не менее демонстрируют статистически значимые различия в элементном составе, что может указывать на различные стадии процесса минерализации или функциональную специализацию спикул. Проведенное исследование выявило ряд методических проблем, характерных для EDXанализа биологических объектов. К ним относятся, прежде всего, артефакты, связанные с дегидратацией образцов, пористостью образца, а также трудности интерпретации данных. Эти ограничения подчеркивают необходимость комплексного подхода, сочетающего EDX-анализ с другими современными методами, такими как Рамановская спектроскопия, сканирующая и просвечивающая электронная микроскопия. Разработанная методика пробоподготовки, основанная на использовании эпоксидной заливки с последующей шлифовкой, показала свою эффективность для минимизации артефактов, достижении ровной поверхности и обеспечения высокой точности измерений. Важным преимуществом данного подхода является возможность сохранения окружающих минерал органических тканей в состоянии, близком к нативному, что открывает новые перспективы для изучения взаимодействия между минеральными и органическими компонентами биокомпозитов. Полученные результаты свидетельствуют о сложных механизмах биологического контроля процессов минерализации у моллюсков. Выявленная гетерогенность химического состава спикул может отражать как преобразование внутренней структуры биоминералов, так и функциональную специализацию различных элементов минерального скелета. Комбинация EDX-анализа с Рамановской спектроскопией и современными методами статистической обработки данных представляет собой мощный инструментарий для изучения биоминеральных систем in situ. Проведенная работа по изучению химического состава биоминеральных структур моллюсков с применением современных аналитических методов обладает значительным научным и практическим потенциалом. Настоящее исследование открывает новые перспективы для развития различных направлений науки и технологий, как в фундаментальной биологии и биоминералогии, так и прикладных направлениях (материаловедении, нанотехнологиях, медицине). Настоящее исследование поддержано грантом РНФ № 24-24-00028