《Science》公布人类骨骼纳米结构

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约克大学和帝国理工学院的研究小组利用先进的人体骨矿物纳米水平3D成像技术，首次展示了骨矿物结晶的分层结构，我们的骨骼正是由这些纳米级结构组合搭建而成。

想象一下，加速奔跑的猎豹和身形庞大的大象，生物骨骼具备良好的韧性和力量。

骨骼的性质可以归因为它的层次结构。然而，骨的主要成分是矿物质和蛋白质，时至今日，骨骼的纳米组织结构关系还未被完全理解。

约克大学和帝国理工学院的研究小组利用先进的人体骨矿物纳米水平3D成像技术，首次展示了骨矿物结晶的分层结构，我们的骨骼正是由这些纳米级结构组合搭建而成。

研究人员结合了许多先进的基于电子显微镜的技术，才观察到这些曲别针状的纳米晶体，它们形成了类似螺旋桨片的更大扭曲的片晶。

片晶继续融合以及分裂遍及骨骼的蛋白质相。交织的矿物质和蛋白质形成连续网络，为骨骼的功能性提供必要的力量。

文章一作、约克大学物理系助理教授Roland Kröger说：“骨骼是一种有趣的复合材料，主要由两种材料组成，柔性的胶原蛋白和矿物刚性的磷灰石。关于这两种刚性和柔性材料的独特结合方式，学术界有很多讨论。我们发现，以分层方式相结合的两种材料所提供的力学性能优于任何一种单一材料。并且，我们观察到骨骼层次高达12级。”

文章一作、帝国理工学院的Natalie Reznikov表示：“如果我们把骨骼的最小层级单位比喻为坐在房间里的一个人，人外面是房间，房间外围是街道，然后是街区、城市、国家，以此类推，12级什么概念？相当于银河系！”

帝国理工学院的Molly Stevens补充道：“这项研究建立在以前许多骨研究的基础上，有助于解开骨骼基本性质和结构的重要缺失环节。”

骨骼中除了存在大量嵌套结构，它们的共同特征是有点轻微弯曲，换句话说，是扭曲的几何形状。举几个例子，组成骨骼的矿物晶体是弯曲的、蛋白质链（胶原蛋白）是交错编织的、矿化的胶原纤维是扭曲的，整个骨骼本身都是扭曲的，你的肋骨形状就是弯的。

分形（fractals）在自然界是很常见的：你所看到的闪电、海岸线、树枝、云朵和雪花，它们都具有自相似的模式，这篇文章表明，骨的结构本质上也遵循大自然的基本原理。

作者认为，骨的分形结构造就其卓越属性的重要原因之一。