מדענים ומהנדסים להוטים להבין את הסוד שמאחורי הקשיחות קל של עצם כך שהם יכולים לחקות את זה בעיצוב של חומרים חדשים, אך מחקרים קודמים גילו מספר מנגנוני כוח שונים בקני מידה שונים של המוקד, ולא תיאוריה אחת.
מחקר חדש מ-MIT המופיעים בגיליון האחרון של ננוטכנולוגיה חושף לראשונה את התפקיד של מבנה atomistic של העצם מנגנון הקשחת המשלב תיאוריות הציע בעבר כמה. מנגנון זה מאפשר הקרבת חתיכה קטנה של עצם על מנת להציל את כולו, מסייע להסביר מדוע עצם סובל סדקים קטנים, נראה המותאם במיוחד כדי להתאים את הצורך של העצם לשיקום רציף מבפנים החוצה.
"המנגנון המולקולרי שהתגלתה מאחדת ניסיונות במחלוקת להסביר מקורות הקשיחות של העצמות, כי היא מאשרת כי שני ההסברים מוקדם לשחק תפקידי מפתח בקנה מידה atomistic", אמר מחבר המחקר, אסתר הרולד א Edgerton פרופסור מרקוס החוקר של המחלקה MIT של להנדסה אזרחית וסביבתית. "זה מן הנמנע כי כל מידה של העצם מן מולקולרית על למעלה יש מנגנון הקשחת משלו. זו חלוקה היררכית עשוי להיות קריטי כדי להסביר את המאפיינים מסקרן של העצם. ידיעה זו עשויה להניח את היסודות לעיצוב חומרים חדשים ".
שלא כמו חומרי בניין סינתטי, אשר נוטים להיות הומוגנית לאורך כל הדרך, עצם הוא רקמה חיה הטרוגנית אשר התאים עוברים שינוי מתמיד. מדענים מסווג המבנה הבסיסי של העצם לתוך היררכיה של שבעה רמות של הגדלת היקף.
החוקר scaled למטה המודל שלו לרמה atomistic, כדי לראות כיצד מולקולות מתאימות זו לזו, ולא פחות חשוב עבור מדענים ומהנדסים חומרים, כיצד ומתי הם מתפרקים. ליתר דיוק, על מנת למצוא את המנגנון העומד מאחורי כוחו של העצם, אשר ניכרת כגון חומר, קל נקבובי, הוא הביט כיצד קשרים כימיים בתוך ובין מולקולות להגיב בכוח.
הוא מצא כי סיבי קולגן mineralized בעצם רמה 2 בנויים מחרוזות של מולקולות קולגן לסירוגין גבישים hydroxyapatite בגודל בעקביות. מחרוזות אלה "ערם" יחד באופן כושל כזה גבישים מופיעים המדרגה צעד תצורות. קשרים חלשים בין צורת גבישי מולקולות הן המיתרים בין המיתרים.
כאשר הלחץ מוחל על בד דמוי הסיבים, כמה קשרים חלשים בין מולקולות קולגן לשבור קריסטלים, יצירת פערים קטנים או אזורים נמתח הסיבים. מתיחה זו פורשת את הלחץ על פני שטח רחב יותר ומגן אחרים, אג"ח חזק בתוך מולקולת הקולגן עצמה, אשר עשוי לשבור הסף אם כל הלחץ התמקדו בהם. מתיחות גם מאפשר העמדה גבישים זעירים משמרת בתגובה הכוח, ולא לנפץ, אשר תהיה התגובה הצפויה של גביש גדול יותר.