पदानुक्रम हड्डियों को मजबूत बनाता है

अब तक नैनोमीटर रेंज में अनदेखा निर्माण सिद्धांत हड्डी को टूटने से बचाता है

हड्डियों का पदानुक्रमित संरचना नैनो-स्तर तक लोड के एक चरणबद्ध हस्तांतरण के कारण एक पदानुक्रमित विरूपण की अनुमति देता है। पीले सिलेंडर अनुदैर्ध्य खंड में खनिज कोलेजन तंतुओं को दिखाते हैं, लाल प्लेटें तंतुओं के कोलेजन मैट्रिक्स के भीतर एम्बेडेड एपेटाइट क्रिस्टल का प्रतिनिधित्व करती हैं। हरे रंग के क्षेत्र, तंतुओं के बीच अत्यंत विकृत चिपकने वाली परत का प्रतीक हैं। लोड कम हो गया ऊतक (बाएं) से खनिज कण विमान (दाएं) 12: 5: 2 के अनुपात में घट जाता है। © ColIids and Interfaces के लिए MPI
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हड्डियाँ अत्यंत स्थिर और अभी तक विकृत हैं। उनकी पदानुक्रमित संरचना के लिए धन्यवाद, केवल बाहरी बल का एक अंश उनकी सबसे छोटी इकाइयों पर कार्य करता है: पूरी हड्डी अपने व्यक्तिगत तंतुओं की तुलना में बहुत अधिक फैलती है, जो एक दूसरे के खिलाफ बदलाव करती है जैसे कि एक पतली चिपकने वाली परत द्वारा चिकनाई। यह एक नए अध्ययन द्वारा दिखाया गया है, जो अब "प्रोसीडिंग्स ऑफ द नेशनल एकेडमी ऑफ साइंसेज" (PNAS) पत्रिका में प्रकाशित हुआ है।

हड्डियों को पर्याप्त रूप से कठोर होना चाहिए ताकि वे अपने शरीर के वजन के तहत बकसुआ न करें। मॉडलिंग क्ले की तरह, वे भी अपेक्षाकृत ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं ताकि अपेक्षाकृत हानिरहित गिरावट में मिट्टी के पात्र की तरह न छींटे। यह तथ्य कि हड्डी प्लास्टिसिन और सिरेमिक के गुणों को जोड़ती है, इसकी संरचना के कारण है: इसमें विस्तार योग्य, रेशेदार प्रोटीन कोलेजन का आधा और भंगुर खनिज एपेटाइट का आधा होता है।

विरूपण द्वारा अवरोधन का दबाव

लेकिन यह नैनो- और माइक्रोमीटर श्रेणी में कार्बनिक और अकार्बनिक घटकों की संरचना है जो इसे स्थिर और अटूट बनाती है: व्यक्तिगत घटकों ने पदानुम में मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर कोलाइड्स एंड इंटरफेसेस के वैज्ञानिकों के रूप में खुद को पदानुक्रम से विकृत कर दिया है। नरम कार्बनिक घटक उच्च दबाव को निगलते हैं, ताकि सबसे छोटे घटक, छोटे एपेटिटप्लेक्टेन, जिनमें से केवल एक छठे से कम महसूस किया गया हो।

खनिज प्लेटलेट स्वयं कठोर और भंगुर होते हैं और अपेक्षाकृत कम भार पर भी टूट जाते हैं। उनके बीच कोलेजन फाइबर की नरम परतों को अच्छी तरह से विकृत किया जा सकता है। खनिज प्लेटलेट्स और कोलेजन फाइबर शुरू में फाइब्रिल फाइबर बनाते हैं, जो बदले में एक बाह्य मैट्रिक्स में संग्रहीत होते हैं। यह व्यक्तिगत तंतुओं की तुलना में अधिक आसानी से विकृत हो सकता है।

छोटा आकार इसे स्थिर बनाता है

पदानुक्रमित विरूपण के अलावा, वैज्ञानिकों ने एक दूसरा कारण पाया है कि हड्डियां इतनी स्थिर क्यों हैं: उनमें मौजूद एपेटाइट क्रिस्टल भी खनिज के गुणों की तुलना में बहुत अधिक दबाव रखते हैं। यह प्लेटलेट्स के आकार के कारण है - वे केवल कुछ नैनोमीटर मापते हैं। क्योंकि इस तरह के छोटे कण माइक्रोमीटर पैमाने पर क्रिस्टल से अलग व्यवहार करते हैं, वे टूटने से पहले दो से तीन गुना अधिक बल लगाते हैं। प्रदर्शन

मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट ऑफ कोलाइड्स एंड इंटरफेसेस में शामिल वैज्ञानिकों में से एक, हिमाद्री गुप्ता कहती हैं, "कणों के छोटे आकार के कारण, दरारें जल्दी से नहीं बनती हैं।" शोधकर्ताओं ने अब पहली बार एक बायोमेट्रिक पर प्रदर्शित किया है कि छोटे कण बड़े लोगों की तुलना में अधिक प्रतिरोधी हैं।

वे सिद्धांत जिनके द्वारा हड्डियों का निर्माण किया जाता है - पदानुक्रमित विरूपण, मैट्रिक्स संवेदनशीलता, और नैनोकणों की उच्च स्थिरता - नई सामग्री के लिए मॉडल के रूप में काम कर सकती है। नए निष्कर्ष यह समझने में भी मदद करते हैं कि कौन से आणविक परिवर्तन हड्डियों को ऑस्टियोपोरोसिस में भंगुर बनाते हैं।

(एमपीजी, 13.11.2006 - एनपीओ)