華盛頓大學工程與應用科學學院能源、環境與化學工程教授、環境納米化學實驗室主任Young-Shin Jun領導了一個“成核”專家小組，這是在流體系統中形成固相的第一步。目前雖然對骨骼和牙齒中礦物質的成核作用還沒有很好的了解，但已知的是骨骼礦物質形成于膠原蛋白的內部，就是我們熟知的皮膚和其他結締組織中的主要蛋白質膠原蛋白。Jun小組研究了膠原纖維結構中的微小間隙如何促進磷酸鈣的成核，這是骨形成和維持所必需的分子。

我們首先來簡單了解一下骨折的愈合，WebMD網站將其分為四步：

1. 骨修復在受傷后幾小時內開始。傷口周圍會有一個腫脹，這是形成的血凝塊。你的免疫系統會吞噬無用的細胞就像送入垃圾收集器，它們會清除細小的骨頭碎片，殺死細菌。此外這個區域將生長血管，以幫助愈合過程。這個步驟可能持續一兩周。

2. 在接下來的4—21天里，骨折部位周圍會有一個柔軟的骨痂。這是膠原蛋白物質進入體內，慢慢取代血凝塊。骨痂比凝塊硬，但不如骨頭硬。這就是你用石膏的部分原因——它將愈合的骨頭固定在適當的位置。如果它移動，柔軟的愈傷組織可能會斷裂，阻礙恢復。

3. 休息約2周后，被稱為成骨細胞的細胞進入并開始工作。它們形成新的骨骼，添加礦物質使骨骼堅硬和堅固，就像堅硬的橋梁一樣。這個階段叫做硬愈傷組織。通常在休息6 - 12周后結束。

4. 最后的過程是骨重塑。這個過程中破骨細胞對骨骼做一些微調，它們會分解在愈合過程中形成的額外骨骼，使您的骨骼恢復到正常形狀。當你達到這個階段，恢復正常活動會幫助愈合。這一步可能在你覺得沒問題后還會持續很長時間，有時長達9年。

這份研究的著眼點就是上述的第三步。

研究小組在阿爾貢國家實驗室的高級質子源上用小角度X射線觀察膠原間隙（大約2納米高、40納米寬）研究磷酸鈣的成核過程。他們發現，在沒有抑制劑的情況下成核過程最初發生在較遠間隙之外；當他們添加抑制劑后這個過程發生在膠原間隙內。Jun介紹，膠原間隙其有限的空間讓磷酸鈣沿其長度形成，這樣可以降低消耗的能量加速成核。

簡單來說，就是把材料放進一個扁盒子里促使其成型，過程更加快捷省力。

Jun表示，如果我們了解到骨骼如何形成，就可以調整它的形成位置。在過去我們只了解到膠原纖維是一個被動的形成新骨骼的模板，然而在這項研究中證實膠原纖維可以通過控制成核的途徑和能量在生物礦化中發揮更加積極的作用。通過化學成分的改變并調整信號的調控，使骨礦物質更快更強地形成，這將有利于醫學領域骨骼、牙齒康復治療。

Jun認為，雖然這項研究關注的是生物學方面的成核，但這種對限制條件下成核的深入理解也適用于化學工程、材料科學和環境科學工程。在以往的研究中我們總是覺得新材料的形成沒有任何的空間限制，但實際條件下的限制是各種各樣的。比如在地下環境的地質構造、水過濾膜的空隙，都可能對碳酸鈣、硫酸鈣沉積造成影響。這份健康的概述很可能更廣泛地利用于能源系統或水利系統中。