Shu-Li Li, Yi-Tan Lin, Hsi-Ching Tseng, Yuan-Jia Fan, Shing-Jong Huang,
Eric Chung-Yueh Yuan, Chun-Yi David Lu, Jerry Chun Chung Chan
Angew. Chem. Int. Ed. 2025, 64, e202518706

國立臺灣大學 化學系 陳振中教授

生物礦化泛指生物形成骨骼或其他硬組織的機制，亦為材料科學的重要參考。一般認為，生物礦物的生成會歷經前驅物階段，包括無機膠體液珠與非晶相固體，最終轉變為晶體結構。然而，這些前驅物不穩定且具軟物質特性，因而難以鑑定。雖然已有許多研究以穿透式顯微鏡與冷凍電子顯微鏡分析其物理性質，但對於由液相分離形成的無機膠體液珠之化學組成——尤其是否含有碳酸根離子團簇——仍缺乏一致結論，文獻上存在明顯爭議。

本研究以非水溶液系統探討碳酸鎂鈣的成核過程，利用三乙胺（triethylamine）在無機膠體液珠表面形成穩定配位層，有效延緩液珠的相變過程。我們採用液態核磁共振的化學交換飽和轉移技術進行測量，結果顯示液珠與溶質／溶液之間持續發生動態交換，且液珠的主要組成為碳酸根離子團簇。此結果挑戰了古典成核理論所強調的「離子逐步堆積」模型，並有助於建立更完整的成核路徑。

此外，我們進一步以固態核磁共振的迴聲飽和脈衝雙共振技術鑑定由液珠堆積並脫水後形成的非晶相固體。結果顯示，材料內部形成高鎂與低鎂碳酸鎂鈣的奈米顆粒。過去在生物礦物中亦曾觀察到類似的成分異質性，並證實其與預應力結構的形成密切相關。本研究據此為生物礦物中『鎂鈣分布不均勻性』的起源提供一種可能的形成途徑。