對骨頭的力量的秘密

科學家和工程師是熱切瞭解在骨頭的輕量級韌性後的秘密，因此他們可以仿造它在新的材料設計，但是早先研究顯示了一定數量不同的力量結構在重點不同的縮放比例，而不是唯一原理。

從出現於納米技術的一個最近問題的 MIT 的新的研究第一次顯示骨頭的原子論結構的作用在合併幾個以前提出的原理的變堅韌結構。 此結構允許一小塊骨頭犧牲為了保存整體，幫助解釋骨頭為什麼容忍小的鎮壓，并且似乎特別地適應容納對持續重建的骨頭的需要從裡裡外外。

「最近被發現的分子結構統一解釋骨頭的韌性的來源有爭議的嘗試，因為它確認二更早的說明扮演關鍵角色在這個原子論縮放比例」，說民用和環境工程的 MIT 的部門的研究的作者、埃絲特和哈羅德 E. Edgerton 馬庫斯 Buehler 教授。 「是可能的每個縮放比例骨頭從分子有其自己變堅韌結構。 此分層結構配電器可能對解釋骨頭迷人的屬性至關重要。 此知識可能打新的材料的基礎設計」。

不同於綜合建築材料，始終傾向於是同源的，骨頭是細胞進行恆定的更改的異種活組織。 科學家分類了骨頭的基本的結構到不斷增長的規模的七個級別層次結構。

Buehler 如何工程師如何縮減他的設計對這個原子論級別，為材料科學家發現同樣重要的分子適合一起和和，并且他們分開。 精密地，為了查找在骨頭的力量後的結構，為這樣輕量級，多孔材料是嚴重的，他查看在分子之間的化學鍵如何回應強制。

他發現在第2級骨頭的礦化的膠原原纖維由交替的膠原分子和一貫地大小的 hydroxyapatite 水晶做成字符串。 這些字符串 「被堆積」一起交錯排列方式這樣水晶出現於樓梯配置。 弱的債券形成在水晶和分子之間在字符串和在字符串之間。

當壓施加於像織品的原纖維時，某些在膠原分子和水晶之間的弱的債券中斷，創建小的空白或被舒展的區在原纖維。 舒展的這分佈在一更加清楚的區的壓并且保護其他，在膠原分子內的更加嚴格的債券，也許中斷徹底，如果所有壓集中於他們。 也舒展讓微小的水晶班次位置以回應強制，而不是粉碎，是更大的水晶的可能的回應。

以前，有些研究員建議骨頭的韌性的根本關鍵字是允許弱的債券中斷的 「分子清單」結構，并且 「请舒展」這種織品，无需毀壞它。 其他援引骨頭的 hydroxyapatite 水晶 (一些毫微米) 的特徵長度作為骨頭的韌性的說明; 水晶太小的以至於不能容易地中斷。

在這個原子論縮放比例， Buehler 看到這兩個結構互相作用。 這建議幾個更加早期的提出的概念可能全部是重大的; 骨頭依靠不同的變堅韌結構在不同的縮放比例。

Buehler 也發現了事非常值得注意關於骨頭的能力容忍在被舒展的原纖維織品的空白。 這些空白是同樣大小幾一百測微表基本的多細胞性的部件或 BMUs 與骨頭的改造交往。 BMUs 是共同努力像一小的鏜刀痛快地吃老骨頭在一個末端并且替換它在其他，中間形成小的像精銳部隊的洞細胞的組合，當它通過這個組織運作其方式。

因此，結構負責對骨頭的力量在分子縮放比例也解釋骨頭如何能保持很嚴格均勻它雖則包含對於其續訂是必需的那些許多微小的鎮壓。

這可能證明非常有用的信息对土木工程師，總是使用了像鋼的材料通過密度獲取力量。 本質在骨頭創建力量通過利用保證持續物質續訂，他們自己由材料的階式結構使成為可能的空白。

「典型地設計過維數結構為了使他們穩健。 本質由階式結構創建強壯」， Buehler 說。

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