美国麻省理工学院(MIT)的科学家的一项最新研究,首次揭开了骨骼的纳米结构和机械属性。该发现使人们对骨骼吸收能量机制有了新的认识,并为新型骨骼材料的开发奠定了基础。研究成果5月21日在线发表于《自然—材料学》(Nature Materials)上。
领导该研究的是MIT材料科学与工程系副教授Christine Ortiz,通过在纳米尺度上对骨骼的基本构建材料——含有矿物纳米颗粒的胶原蛋白进行了深入的研究,科学家揭示了骨骼强度和韧性变化的根源。利用原子力显微镜(molecular force probe)的微小探针进行探测,Ortiz和同事得到了纳米尺度上胫骨硬度的二维等值曲线彩图,其原理类似于地理学上的等高线。
研究人员发现,即使在2微米如此之小的范围内,骨骼的机械性质也会有很大差异。进一步的研究表明,微小尺度上硬度的不均匀性不但不会影响骨骼的韧性,而且与均质材料相比,更有利于能量的吸收。Ortiz说,“发现如此美妙和复杂的模式让我十分惊讶。”这一发现无疑将促进新型仿骨骼结构材料的诞生。
原始出处:
Nanoscale heterogeneity promotes energy dissipation in bone
Kuangshin Tai, Ming Dao, Subra Suresh, Ahmet Palazoglu, Christine Ortiz
SUMMARY: Nanomechanical heterogeneity is expected to influence elasticity, damage, fracture and remodelling of bone. Here, the spatial distribution of nanomechanical properties of bone is quantified
Nature Materials (21 May 2007) (21 May 2007) Article