许多生物体可以产生矿物质或矿化组织。一个著名的例子是珍珠，它被用于珠宝，因为它的彩虹色。从化学上讲，它的形成始于软体动物从水中提取钙和碳酸盐离子。然而，真珠质(一种生物聚合物和结晶碳酸钙血小板的复合物)形成的确切过程和条件是专家们激烈争论的主题，存在不同的理论。

研究人员确实同意非晶体中间体，如无定形碳酸钙(ACC)，在生物矿化中起着至关重要的作用。例如，龙虾和其他甲壳类动物的胃里就有ACC，它们在蜕皮后用它来制造新的外壳。在最近发表在《自然通讯》上的一项研究中，来自康斯坦茨大学和汉诺威莱布尼茨大学的研究人员现在成功地破译了ACC的形成途径。

由Denis Gebauer(汉诺威莱布尼茨大学)和Guinevere Mathies(康斯坦茨大学)领导的研究人员利用了ACC不仅可以在生物体中合成，而且可以在实验室中合成的事实。利用魔角旋转核磁共振(MAS NMR)光谱等先进方法，他们分析了微小的ACC颗粒，以确定其结构。

“我们努力解释ACC的光谱。他们提出了我们一开始无法建模的动力学，”马蒂斯说。

汉诺威莱布尼茨大学的同事提供了一条重要线索。Gebauer小组的Maxim Gindele证明ACC是导电的。由于ACC颗粒非常脆弱，只有几十纳米大小，这并不像插入两根导线那么容易。

相反，测量是使用电导率原子力显微镜(C-AFM)进行的，其中通过微小的悬臂扫描表面来检测平坦表面上的ACC颗粒，并在激光束的帮助下可视化。当悬臂放置在其中一个纳米颗粒上时，电流通过其尖端来测量电导率。

根据对电导率的观察，马蒂斯小组的桑杰·维诺德·库马尔进行了进一步的MAS核磁共振实验，旨在探测动力学。他们指出ACC颗粒中存在两种不同的化学环境。在第一种环境中，水分子被嵌入坚硬的碳酸钙中，只能进行180度翻转。第二种环境是由水分子和溶解的氢氧根离子组成的，这些水分子正在经历缓慢的翻滚和转化。

“剩下的挑战是将这两种环境与观察到的导电性相协调。固体盐是绝缘体，因此第二种移动环境必须发挥作用，”马蒂斯说。在新模型中，可移动的水分子通过ACC纳米颗粒形成一个网络。溶解的氢氧根离子携带电荷。

研究人员还可以解释两种化学环境的形成:在水中，钙离子和碳酸盐离子倾向于粘在一起，形成称为预成核簇的动态组合。这些团簇可以经历相分离并形成致密的液滴，这些液滴又会合并成更大的聚集体——类似于肥皂泡的聚合方式。

“这种刚性的、流动性较低的环境来自于致密的液态纳米液滴的核心。另一方面，可移动的水分子网络，在脱水过程中，液滴表面不完美的结合，形成固体ACC，“Gebauer解释说。

这些结果是迈向ACC结构模型的重要一步。同时，它们提供了成矿始于预成核团簇的确凿证据。Mathies总结道:“这不仅使我们更接近了解生物矿化的秘密，而且还可以应用于开发粘合二氧化碳的胶凝材料，因为我们现在知道ACC是电化学装置中的导体。”