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新的3-D X射线技术揭示了骨骼内部的秘密

2020-06-29 16:45:11 来源:网络 阅读:
  一个国际研究小组使用了新的X光技术来描述如何建立健康的人体骨骼结构。到目前为止,该小组在健康骨骼中发现了未知的结构。
  人体骨是一种美丽而美妙的生物材料。骨组织高度专业化,其结构适合体内的特定功能。健康骨骼强壮,承载能力高,不易折断。
  骨骼的内部结构引起了国际研究人员的广泛关注。对基本生物材料的结构有更好的理解,可以预防各种骨病的发生,也可以促进具有前所未有性能的新材料的发展。然而,骨骼的结构过于复杂,我们无法模仿它。
  来自丹麦奥胡斯大学、瑞典夏尔默斯大学、法国Synchotron和瑞士PaulScherrer研究所的国际研究人员现在已经通过新的X射线技术在骨骼组织中发现了以前未知的亚结构。这项发现和这项技术为研究骨组织的基础设施提供了一种新的方法,也为人们更好地理解生物材料提供了一种新的途径。
  这项研究发表在"科学进步"杂志上。
  骨骼中晶体的三维图像
  如果我们切成骨,我们就会知道,健康骨组织的内部结构基本上是由两种组织组成的:所谓的胶原纤维化,主要由蛋白质组成。它们包括骨骼力学性能的承载能力,以及与含钙矿物交织在一起的微观和线状结构。
  这两种微结构共同构成一种扭曲的层状结构,它具有抗拉力和弯曲的纤化能力,以及纳米晶的硬度和弹性。正是这种扭曲结构为骨骼提供了力学性能,研究人员多年来一直试图了解这种结构。
  奥胡斯大学化学副教授INANO和HenrikBirkedal解释道:"目前的挑战是我们无法证明纳米晶在骨组织中的方位。
  国际研究小组通过改进称为张量断层扫描的X射线技术和建立组织中晶体的精确3/D图谱,成功地找到了解决方案。
  研究员ManfrebergHammer(ManfredBurg锤)解释说:"近年来,重大的科学和技术进步使这种新方法成为可能。随着更强大的同步辐射,这一方法可以改进,并可以挑战以前的假设骨组织。"ESRF的ID13设施,他与HenrikBirkedal一起担任该项目的研究负责人。
  改进后的方法可以让你看到纳米晶在结构中的实际位置。这表明它与过去几年积累起来的骨骼知识有差距。由于纳米晶的取向偏差,骨结构不像先前设想的那样均匀。
  坦率地说,我们对这一发现和模型之间的差异感到有点震惊,"HenrikBirkedal说。"这是一个来自物理、化学和健康科学参与者的真正跨学科的国际合作,我们都对这一发现感到惊讶。
  未知意义的新知识
  新的3D图像让团队大吃一惊,因为它们与骨骼是以统一的层次结构为基础的基本理论相冲突。
  ESRF的TilmanGrünewald说:"坦率地说,要清楚地解释我们所证明的偏差背后的原因还为时过早,但它为科学研究骨骼基础设施提供了一条新的途径。
  这一发现可能从根本上质疑许多骨组织模型和骨骼的力学特性,它们已经被用来描述骨形成的过程。
  骨骼和其他生物材料,如贝壳,具有与其结构密切相关的力学和结构特性。例如,我们越了解这一点,就越能模仿自然的建筑方法。例如,我们的研究为我们提供了一个新的工具来揭示更多的自然秘密,这项工作正在进行中。