التسلسل الهرمي يجعل العظام قوية

يحمي مبدأ البناء غير المكتشف حتى الآن في نطاق النانومتر العظام من الكسر

يسمح الهيكل الهرمي للعظام بتشوه هرمي بسبب النقل التدريجي للحمل إلى مستوى النانو. تُظهر الأسطوانات الصفراء ألياف ليفية من الكولاجين المعدني في القسم الطولي ، وتمثل الصفائح الحمراء بلورات الأباتيت المضمنة في مصفوفة الكولاجين في الألياف. تمثل المناطق الخضراء الطبقة اللاصقة المشوهة للغاية بين الألياف. يتناقص الحمل من النسيج المصور (يسار) إلى مستوي الجسيمات المعدنية (يمين) بنسبة 12: 5: 2. © MPI للغرويات والواجهات
قراءة بصوت عال

العظام مستقرة للغاية وتشوه. بفضل هيكلها الهرمي ، يعمل جزء ضئيل فقط من القوة الخارجية على أصغر وحداتها الهيكلية: العظم كله يمتد أكثر بكثير من أليافه الفردية ، والتي تتحول ضد بعضها البعض كما لو كانت مشحمة بطبقة رقيقة من اللصق. يظهر هذا من خلال دراسة جديدة ، نشرت الآن في مجلة "وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم" (PNAS).

يجب أن تكون العظام جامدة بما فيه الكفاية بحيث لا مشبك تحت وزن الجسم الخاصة بهم. مثل طين النمذجة ، يمكنهم أيضًا امتصاص الطاقة الكافية حتى لا ينشقوا مثل السيراميك في سقوط غير ضار نسبيًا. يرجع السبب في حقيقة أن العظم يجمع بين خصائص البلاستيسين والسيراميك إلى بنيته: فهو يتكون من نصف كولاجين البروتين الليفي القابل للتوسيع ونصف الأباتيت المعدني الهش.

الضغط اعترضت من قبل تشوه

ولكن هيكل المكونات العضوية وغير العضوية في مجموعة النانومتر والميكروميتر هو ما يجعله مستقرًا وغير قابل للكسر: المكونات الفردية تشوه نفسها بشكل هرمي ، كما اكتشف علماء من معهد ماكس بلانك للغرويات والواجهات في بوتسدام. المكونات العضوية اللينة تبتلع الضغط العالي ، بحيث أصغر المكونات ، Apatitplättchen صغيرة الحجم ، والتي يشعر فقط أقل من سادس.

الصفائح المعدنية نفسها صلبة وهشة ، وسوف تنكسر حتى عند الأحمال المنخفضة نسبيًا. يمكن تشويه الطبقات الناعمة لألياف الكولاجين بينهما جيدًا. تشكل الصفائح المعدنية وألياف الكولاجين في البداية ألياف ليفية ، والتي بدورها يتم تخزينها في مصفوفة خارج الخلية. يمكن تشويه هذا بسهولة أكثر من الألياف الفردية.

حجم صغير يجعلها مستقرة

بالإضافة إلى التشوه الهرمي ، وجد العلماء سببًا ثانيًا لاستقرار العظام: بلورات الأباتيت فيها تحتوي أيضًا على ضغط أكبر بكثير مما يمكن توقع خواصه المعدنية. هذا يرجع إلى حجم الصفائح الدموية - فهي تقيس بضعة نانومتر فقط. ولأن هذه الجسيمات الصغيرة تتصرف بشكل مختلف عن البلورات على مقياس الميكرومتر ، فإنها تمارس قوى أعلى مرتين إلى ثلاث مرات قبل أن تنكسر. عرض

يقول هيمادري غوبتا ، أحد العلماء المشاركين في معهد ماكس بلانك للغرويات والواجهات ، "نظرًا لصغر حجم الجزيئات ، لا تتشكل الشقوق بسرعة كبيرة" ، مضيفًا أن هذا التأثير المعزز لم يكن إلا حتى الآن. لقد أثبت الباحثون الآن لأول مرة على مادة حيوية أن الجزيئات الصغيرة أكثر مقاومة من الجزيئات الكبيرة.

يمكن أن تكون المبادئ التي يتم بها بناء العظام - التشوه الهرمي ، وحساسية المصفوفة ، والاستقرار العالي للجسيمات النانوية - بمثابة نماذج للمواد الجديدة. تساعد النتائج الجديدة أيضًا في فهم التغييرات الجزيئية التي تجعل العظام هشة في مرض هشاشة العظام.

(MPG ، 13.11.2006 - NPO)