دانشمندان ساختار معدنی استخوان را به صورت سه‌بعدی در مقیاس نانو بازسازی کرده‌اند. با توجه به سختی و قدرت استخوان‌ها، چه در یک یوزپلنگ و چه در فیل چند تنی بسیار کارآمد عمل می‌کند.
خواص استخوان را می‌توان به سازمان‌بندی آن نسیل داد که در آن عناصر کوچک، ساختارهای بزرگتری را تشکیل می‌دهند.
با این حال، سازمان‌بندی استخوان در مقیاس نانو و رابطه‌ی بین اجزای اصلی آن یعنی مواد معدنی و پروتئین هنوز هم – کانی به طور کامل درک نشده‌اند.
تیم تحقیقاتی University of York and Imperial College London با استفاده از تصویربرداری سه‌بعدی در مقیاس نانو از مواد معدنی استخوان انسان، نشان داده‌اند که کریستال‌های معدنی استخوان دارای ساختار سلسله مراتبی است که برای ساختن اسکلت در مقیاس بزرگتر در کنار هم جمع شده‌اند.
مقاله مرتبط: استخوان‌ها بر اشتها و متابولیسم تأثیر می‌گذارند!
محققان تعدادی از تکنیک‌های پیشرفته‌ی مبتنی بر میکروسکوپ الکترونی را ترکیب کرده‌اند و متوجه شده‌اند که بلوک‌های اصلی مواد معدنی در مقیاس نانومتر، نانوکریستال‌های سوزنی شکل خمیده‌ای هستند که پلاکت‌های بزرگتری شبیه به تیغه‌ی پروانه تشکیل می‌دهند.
تیغه‌ها به طور مداوم در میان فاز پروتئینی استخوان ادغام و شکافته می‌شوند. مواد معدنی در هم‌بافتع و پروتئین شبکه‌های پیوسته‌ای را برای تأمین قدرت لازم برای عملکرد استخوان به وجود می‌آورند.
استخوان ترکیب کاملی از دو مادهی اصلی است: پروتئین کلاژن انعطاف‌پذیر و مادهی معدنی سختی معروف به آپاتیت. بحث بسیار زیادی در مورد چگونگی ترکیب این دو مادهی سخت و انعطاف‌پذیر وجود دارد که به طور منحصر به فردی برای تأمین سختی و قدرت استخوان ترکیب می‌شوند.
این محققان کشف کرده‌اند که دوازده سلسله مراتب در ترکیب این دو ماده در استخوان وجود دارد. برای فهم بهتر این موضوع این آرایش را با فردی که در یک خانه ساکن است مقایسه می‌کنیم. سپس به خانه‌ای در یک خیابان و سپس خیابانی در یک شهر و … می‌رسیم. اگر این سلسله را دوازده مرتبه ادامه دهیم به چیزی در مقیاس کهکشان خواهیم رسید!
این یافته‌ی نتیجه‌ی بسیاری از مطالعات ارزنده‌ی گذشته است که خواص بنیادی و ساختار استخوان را بررسی کرده‌اند و هر یک قطعه‌ای گم‌شده از این پازل هستند.
یکی از ویژگی‌های مشترک همه‌ی ساختارهای توخالی در استخوان، انحنای کوچکی است که هندسه پیچیده آن را می‌سازد. برای مثال، کریستال‌های معدنی منحنی شکل هستند و رشته‌های کلاژن به آن بافته می‌شوند و فیبریل‌های کلاژن مینرالیزه پیچ‌خورده را تشکیل می‌دهند. در ساختار خود استخوان هم انحناهایی دیده می‌شود، مانند انحناهای موجود در هر یک از دنده‌ها.
این شکست‌ها و انحناها در طبیعت رایج هستند؛ می‌توان الگوهای مشابه را در پیچ و خم‌های رعد و برق، خطوط ساحلی، شاخه‌های درخت، ابرها و دانه‌های برف مشاهده کرد. این بدان معنی است که ساختار استخوان از اصلی اساسی در طبیعت پیروی می‌کند. همین ساختار منحنی مانند استخوان دلیلی برویژگی‌های قابل‌توجه آن است.
این یافته‌ها در مجله‌ی Science منتشر شده است.
