骨の強さへの秘密

科学者およびエンジニアは骨の軽量の靭性の後ろの秘密を理解して熱望しています従って新しい材料のデザインのそれをまねてもいいですが前の調査は単一理論よりもむしろ焦点の異なったスケールでいくつかの異なった強さのメカニズムを、明らかにしました。

ナノテクノロジーの最近の問題で現われる MIT からの新しい研究は複数の前に提案された理論を組み込む強くなるメカニズムに於いての骨の原子論の構造の役割をはじめて明らかにします。 このメカニズムは骨の小さい部分の犠牲を全体を保存するために可能にします完全に連続的な再製のための骨の必要性を取り扱うために骨が小さいひびをなぜ容認する説明し、とりわけ適応するようですかヘルプは。

「より早い説明の 2 つは原子論のスケールで重要な役割を担うことを」、は言った E. Edgerton 教授 Markus Buehler 調査の MIT の市民および環境工学の部の著者、エスターおよびハロルドを確認するので、最近検出された分子メカニズム骨の靭性のもとの説明の論争の的になる試みを統一します。 「分子骨からのの各スケールが自身の強くなるメカニズムを持っていることはかなり可能です。 この階層的な分布は骨の陰謀的な特性の説明に重大かもしれません。 この知識は新しい材料の基盤を築くかもしれません設計します」。

同種のすっかりがちである総合的な建築材料とは違って、骨はセルが一定した変更を経る異質生きた組織です。 科学者は増加するスケールの 7 つのレベルの階層に骨の基本的な構造を分類しました。

Buehler は原子論のレベルに見るために彼のモデルを、彼らが離れて壊れるいつ材料の科学者についてはどのように合った一緒および同じように大切な分子そしてエンジニアどのように、そして縮小しました。 もっと正確に、非常に軽量の、多孔性材料のためにかなりである骨の強さの後ろのメカニズムを見つけるために、彼は分子内および相互間で化学結合が力にどのように答えるか見ました。

彼はレベル 2 の骨の鉱化されたコラーゲンの原繊維が交互になるコラーゲンの分子および一貫して大きさで分類された hydroxyapatite の水晶の一連から成っていることが分りました。 これらのストリングはぐらつかせた方法で水晶が階段ステップ構成で現われることそのような物を一緒に 「スタックされます」。 弱い結束はストリングのそしてストリング間の水晶と分子の間で形作ります。

圧力がファブリックそっくりの原繊維に適用されるとき、コラーゲンの分子と水晶間の弱い結束のいくつかは壊れま、小さいギャップか伸ばされた領域を原繊維で作成します。 伸びるこれはすべての圧力がそれらに焦点を合わせたらより広い領域上の圧力を広げ、他をの完全に壊れるかもしれないコラーゲンの分子内のより強い結束自体保護します。 また伸張はより大きい水晶の本当らしい応答である粉砕よりもむしろ力に応じて小さい水晶シフト位置を、可能にします。

以前は、何人かの研究者は骨の靭性への基本的なキーが弱い結束が壊れるようにするファブリックを 「伸ばして下さいそれを破壊しないで」 「分子スリップ」のメカニズムであることを提案し。 他の人々は骨の靭性のための説明として骨の hydroxyapatite の水晶 (少数のナノメーター) の独特長さを引用しました; 水晶は容易に壊れるには余りにも小さいです。

原子論のスケールで、 Buehler は両方のこれらのメカニズムの相互作用を見ます。 これは複数のより早い提案された概念がすべて重要かもしれないことを提案します; 骨は異なったスケールに異なった強くなるメカニズムに頼ります。

Buehler はまた伸ばされた原繊維ファブリックのギャップを容認する骨の能力について著しい何かを非常に検出しました。 これらのギャップは骨の改造と関連付けられる基本的な多細胞の単位か BMUs マイクロメートルように同じ大きさ複数の百です。 BMUs はティッシュを通して方法を働かせると同時に 1 つの端に古い骨を食べ、他に取り替える小さいひびそっくりのキャビティを中間形作る小さく退屈なツールのように協力するセルの組合せです。

従って、分子スケールで骨の強さに責任があるメカニズムはまた骨が残るとても強均一にしかし含んでいる更新に必要なそれらの多くの小さいひびをどのようにできるかそれ説明します。

これは密度によって強さを得る鋼鉄のような材料を常に使用したあることが土木技師に非常に有益な情報を証明できます。 性質は骨で自身材料の階層構造によって可能に作られる、連続的で物質的な更新を保障するギャップの利用によって強さを作成します。

「過剰次元の構造をそれらを強くさせるために普通設計します。 性質は階層構造によって強さを作成します」、 Buehler を言いました。

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