对骨头的力量的秘密

科学家和工程师是热切了解在骨头的轻量级韧性后的秘密，因此他们可以仿造它在新的材料设计，但是早先研究显示了一定数量不同的力量结构在重点不同的缩放比例，而不是唯一原理。

从出现于纳米技术的一个最近问题的 MIT 的新的研究第一次显示骨头的原子论结构的作用在合并几个以前提出的原理的变坚韧结构。 此结构允许一小块骨头牺牲为了保存整体，帮助解释骨头为什么容忍小的镇压，并且似乎特别地适应容纳对持续重建的骨头的需要从里里外外。

“最近被发现的分子结构统一解释骨头的韧性的来源有争议的尝试，因为它确认二更早的说明扮演关键角色在这个原子论缩放比例”，说民用和环境工程的 MIT 的部门的研究的作者、埃丝特和哈罗德 E. Edgerton 马库斯 Buehler 教授。 “是可能的每个缩放比例骨头从分子有其自己变坚韧结构。 此分层结构配电器可能对解释骨头迷人的属性至关重要。 此知识可能打新的材料的基础设计”。

不同于综合建筑材料，始终倾向于是同源的，骨头是细胞进行恒定的更改的异种活组织。 科学家分类了骨头的基本的结构到不断增长的规模的七个级别层次结构。

Buehler 如何工程师如何缩减他的设计对这个原子论级别，为材料科学家发现同样重要的分子适合一起和和，并且他们分开。 精密地，为了查找在骨头的力量后的结构，为这样轻量级，多孔材料是严重的，他查看在分子之间的化学键如何回应强制。

他发现在第2级骨头的矿化的胶原原纤维由交替的胶原分子和一贯地大小的 hydroxyapatite 水晶做成字符串。 这些字符串 “被堆积”一起交错排列方式这样水晶出现于楼梯配置。 弱的债券形成在水晶和分子之间在字符串和在字符串之间。

当压施加于象织品的原纤维时，某些在胶原分子和水晶之间的弱的债券中断，创建小的空白或被舒展的区在原纤维。 舒展的这分布在一更加清楚的区的压并且保护其他，在胶原分子内的更加严格的债券，也许中断彻底，如果所有压集中于他们。 也舒展让微小的水晶班次位置以回应强制，而不是粉碎，是更大的水晶的可能的回应。

以前，有些研究员建议骨头的韧性的根本关键字是允许弱的债券中断的 “分子清单”结构，并且 “请舒展”这种织品，无需毁坏它。 其他援引骨头的 hydroxyapatite 水晶 (一些毫微米) 的特征长度作为骨头的韧性的说明; 水晶太小的以至于不能容易地中断。

在这个原子论缩放比例， Buehler 看到这两个结构互相作用。 这建议几个更加早期的提出的概念可能全部是重大的; 骨头依靠不同的变坚韧结构在不同的缩放比例。

Buehler 也发现了事非常值得注意关于骨头的能力容忍在被舒展的原纤维织品的空白。 这些空白是同样大小几一百测微表基本的多细胞性的部件或 BMUs 与骨头的改造交往。 BMUs 是共同努力象一小的镗刀痛快地吃老骨头在一个末端并且替换它在其他，中间形成小的象精锐部队的洞细胞的组合，当它通过这个组织运作其方式。

因此，结构负责对骨头的力量在分子缩放比例也解释骨头如何能保持很严格均匀它虽则包含对于其续订是必需的那些许多微小的镇压。

这可能证明非常有用的信息对土木工程师，总是使用了象钢的材料通过密度获取力量。 本质在骨头创建力量通过利用保证持续物质续订，他们自己由材料的阶式结构使成为可能的空白。

“典型地设计过维数结构为了使他们稳健。 本质由阶式结构创建强壮”， Buehler 说。

http://cee.mit.edu/