استخوان‌ها از يک سو محکم و از سوي ديگر اندکي انعطاف‌پذيرند. دليل اين امر آن است که استخوان‌ها از ماده‌اي نرم و ژل‌مانند (کلاژن)، همراه با ماده‌اي مقاوم و خشک (هيدروکسيد کلسيم معدني) ساخته شده‌اند. اکنون، گروهي از مهندسان مي‌گويند موفق شده‌اند تا جزئيات اين تعادل را کشف کنند، و نشان دهند که ساختار مولکولي فيبرهاي استخواني چگونه به آنها کمک مي‌کند تا از بهترين مزاياي هر کدام از اين ترکيبات استفاده نمايند.
فيبرهاي کلاژن که توسط بلورهاي هيدروکسيد کلسيم تقويت مي‌شوند، واحدهاي اصلي سازنده استخوان هستند. آنها در گونه‌هاي مختلف جانوري يافت مي‌شوند، و اثر خود در استخوان‌هاي اسکلت، دندان‌ها و شاخ‌هاي جانوران نشان مي‌دهند.
با استفاده از يک ابررايانه، مهندسان ام.آي.تي (انستيتو فناوري ماساچوست) حساب کردند که اين فيبرها در مقياس اتمي شبيه چه چيزي هستند. آنها فيبرهاي خود را با داده‌هاي مطالعات قبلي استخوان‌هاي واقعي مقايسه کردند، تا بررسي کنند که مدل رايانه‌اي آنها تا چه اندازه دقيق است. سپس به ازاي ترکيب سطوح مختلف کلاژن در مقابل هيدروکسيد کلسيم آزمايشاتي را بر روي فيبرهاي مجازي خود اجرا کردند، تا نحوه واکنش آنها را در مقابل فشار و کشش بررسي کنند.
بر اساس کشفيات آنان، هيدروکسيد کلسيم در فيبرهاي استخواني احتمالا پلاکت‌هاي ريزي را شکل مي‌دهد که تنها چند نانومتر ضخامت دارد. اگرچه قطعات بزرگ هيدروکسيد کلسيم همانند گچ ترد و شکننده هستند، اما در چنين ابعاد کوچکي اين مواد معدني در واقع نرم و شکل‌پذيرند. اين محققان همچنين کشف کردند که در تست‌هاي تنش، بخش معدني فيبرها چهار برابر پروتئين‌هاي کلاژن فشار را تحمل مي‌کند؛ در حالي‌که خمش تقريبا فقط در کلاژن رخ مي‌دهد.
سرپرست گروه تحقيقاتي، مارک بوهلر مي‌گويد که انجام چنين آزمايشات رايانه‌اي حتي چند سال قبل نيز غيرممکن بود؛ و مدل‌سازي ساختار مولکولي فيبرهاي استخواني بر روي يک ابررايانه سال‌ها زمان مي‌برد. اما با استفاده از ابررايانه‌هاي جديد، محاسبات مربوط به اين تحقيق تنها چند ماه طول کشيد.
اکنون بوهر اميدوار است که بتواند براي پروژه‌هاي مهندسي مختلف، فيبرهاي استخواني را در آزمايشگاه بازتوليد کند. نتايج کار ابررايانه‌اي آنها در شماره اخير مجله Nature Communicationsمنتشر شده است.
منبع:خبر آنلاین
شعر بدون نقطه
تغییر رنگ دائمی چشمها در 15 دقیقه!