《Science》公布人類骨骼納米結構

約克大學和帝國理工學院的研究小組利用先進的人體骨礦物納米水平3D成像技術，首次展示了骨礦物結晶的分層結構，我們的骨骼正是由這些納米級結構組合搭建而成。

想像一下，加速奔跑的獵豹和身形龐大的大象，生物骨骼具備良好的韌性和力量。

骨骼的性質可以歸因為它的層次結構。然而，骨的主要成分是礦物質和蛋白質，時至今日，骨骼的納米組織結構關係還未被完全理解。

約克大學和帝國理工學院的研究小組利用先進的人體骨礦物納米水平3D成像技術，首次展示了骨礦物結晶的分層結構，我們的骨骼正是由這些納米級結構組合搭建而成。

研究人員結合了許多先進的基於電子顯微鏡的技術，才觀察到這些曲別針狀的納米晶體，它們形成了類似螺旋槳片的更大扭曲的片晶。

片晶繼續融合以及分裂遍及骨骼的蛋白質相。交織的礦物質和蛋白質形成連續網路，為骨骼的功能性提供必要的力量。

文章一作、約克大學物理系助理教授Roland Kr?ger說：「骨骼是一種有趣的複合材料，主要由兩種材料組成，柔性的膠原蛋白和礦物剛性的磷灰石。關於這兩種剛性和柔性材料的獨特結合方式，學術界有很多討論。我們發現，以分層方式相結合的兩種材料所提供的力學性能優於任何一種單一材料。並且，我們觀察到骨骼層次高達12級。」

文章一作、帝國理工學院的Natalie Reznikov表示：「如果我們把骨骼的最小層級單位比喻為坐在房間里的一個人，人外面是房間，房間外圍是街道，然後是街區、城市、國家，以此類推，12級什麼概念？相當於銀河系！」

帝國理工學院的Molly Stevens補充道：「這項研究建立在以前許多骨研究的基礎上，有助於解開骨骼基本性質和結構的重要缺失環節。」

骨骼中除了存在大量嵌套結構，它們的共同特徵是有點輕微彎曲，換句話說，是扭曲的幾何形狀。舉幾個例子，組成骨骼的礦物晶體是彎曲的、蛋白質鏈（膠原蛋白）是交錯編織的、礦化的膠原纖維是扭曲的，整個骨骼本身都是扭曲的，你的肋骨形狀就是彎的。

分形（fractals）在自然界是很常見的：你所看到的閃電、海岸線、樹枝、雲朵和雪花，它們都具有自相似的模式，這篇文章表明，骨的結構本質上也遵循大自然的基本原理。

作者認為，骨的分形結構造就其卓越屬性的重要原因之一。

原文標題

Fractal-like hierarchical organization of bone begins at the nanoscale

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