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该研究由Susanne Machill、Lydia Köhler、Susanne Ueberlein、René Hedrich、Marco Kunaschk、Silvia Paasch、Renate Schulze和Eike Brunner共同完成，研究团队来自德国德累斯顿理工大学的生物分析化学实验室。该论文于2012年12月25日在线发表在Springer Science+Business Media旗下的期刊Biometals上。
该研究的主要科学领域是硅藻生物矿化，特别是硅藻细胞壁中铝元素的掺入机制。硅藻是一类单细胞真核藻类，以其精细的微纳米结构细胞壁而闻名，这些细胞壁主要由无定形二氧化硅（amorphous silica）和多种有机化合物组成。研究表明，硅藻细胞壁中也可能掺入一定量的铝元素。此前的研究发现，南黄海（Southern Yellow Sea）中铝浓度的增加与硅藻春季水华（diatom spring bloom）之间存在相关性，这促使研究团队进一步探讨铝浓度对硅藻生长行为的影响，特别是铝在硅藻细胞壁中的掺入机制。
研究的目的是探索高浓度铝对硅藻Stephanopyxis turris（S. turris）生长行为的影响，并监测铝在细胞壁中的掺入情况。研究团队希望通过实验揭示铝在硅藻生物矿化中的作用，以及铝掺入对硅藻细胞壁结构的影响。
研究分为以下几个主要步骤：
培养条件与铝添加
研究团队从北海（North Sea）中分离出硅藻S. turris，并在人工海水培养基（artificial seawater medium, ASW）中培养。培养基中硅的浓度固定为105.5 µM，铝的浓度则通过添加氯化铝（aluminium chloride）逐步增加，分别为10.5 µM、42.5 µM、105.5 µM和1055 µM。为了进一步提高铝的溶解度，研究团队还筛选了多种螯合剂（chelating agents），最终选择了bis–tris作为最合适的螯合剂。
细胞生长监测
通过光镜（light microscopy）观察硅藻的生长情况，并使用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）监测培养基中硅和铝的浓度变化。实验结果表明，S. turris能够耐受高达105.5 µM的铝浓度，但当铝浓度达到1055 µM时，细胞完全死亡。
细胞壁提取与分析
为了分析硅藻细胞壁中的铝掺入情况，研究团队通过离心和冷冻干燥提取了细胞壁样品，并使用ICP-OES定量测定硅和铝的含量。结果显示，随着培养基中铝浓度的增加，细胞壁中的铝掺入量显著增加，最高可达铝/硅比（Al/Si ratio）1:15，这是迄今为止在硅藻细胞壁中观察到的最高铝掺入量。
结构表征
研究团队使用衰减全反射傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）和固态27Al核磁共振光谱（solid-state 27Al NMR spectroscopy）对硅藻细胞壁的结构进行了表征。FTIR光谱显示，随着铝掺入量的增加，硅氧键（Si–O）的伸缩振动带向低波数方向移动，表明铝确实掺入了二氧化硅相中。27Al NMR光谱进一步揭示了铝在细胞壁中的配位状态，发现铝主要以四配位和六配位的形式存在。
铝对硅藻生长的影响
实验表明，S. turris能够耐受高达105.5 µM的铝浓度，但当铝浓度达到1055 µM时，细胞完全死亡。这表明铝对硅藻的生长具有明显的毒性阈值。
铝在细胞壁中的掺入
ICP-OES分析显示，随着培养基中铝浓度的增加，细胞壁中的铝掺入量显著增加，最高可达铝/硅比1:15。这是迄今为止在硅藻细胞壁中观察到的最高铝掺入量。
铝掺入对细胞壁结构的影响
FTIR光谱显示，随着铝掺入量的增加，硅氧键的伸缩振动带向低波数方向移动，表明铝掺入了二氧化硅相中。27Al NMR光谱进一步揭示了铝在细胞壁中的配位状态，发现铝主要以四配位和六配位的形式存在。
该研究表明，硅藻S. turris能够在高浓度铝环境中正常生长，并将大量铝掺入其细胞壁中。铝的掺入显著改变了细胞壁的结构，形成了铝硅酸盐相（aluminosilicate phase）。这一发现不仅揭示了铝在硅藻生物矿化中的重要作用，还为理解硅藻细胞壁的复杂结构提供了新的视角。
高铝掺入量
研究首次在硅藻细胞壁中观察到铝/硅比高达1:15的掺入量，这是迄今为止的最高记录。
铝的配位状态
通过固态27Al NMR光谱，研究首次揭示了铝在硅藻细胞壁中以四配位和六配位的形式存在，这一发现为理解铝在生物矿化中的作用提供了重要线索。
螯合剂的应用
研究团队通过筛选多种螯合剂，成功提高了培养基中铝的溶解度，为后续研究提供了重要的实验方法。
该研究不仅揭示了铝在硅藻生物矿化中的重要作用，还为理解硅藻细胞壁的复杂结构提供了新的视角。此外，研究中使用的高铝掺入实验方法为未来研究其他金属元素在生物矿化中的作用提供了重要的参考。这一发现可能对海洋生态学、环境科学以及材料科学等领域产生深远影响。