Molekuláris szinten modellezték a csontot

A csont egyszerre erős és rugalmas, mert a lágy, gélszerű kollagén és a merev, ásványi hidroxi-apatit kombinációjából áll. Egy kutatócsoport rájött, hogy a csontok molekuláris szerkezet hogyan tudja kihasználni a két anyag legjobb tulajdonságait.

A MIT mérnökei egy szuperszámítógép segítéségével számították ki, hogy a csont rostjai miként néznek ki közel atomi szinten. Kutatásuk eredményét összehasonlították a csontszerkezet korábbi vizsgálataiból származó adatokkal, hogy ellenőrizzék a számítógép által generált modell pontosságát. Ezután teszteket végeztek el a csont virtuális modelljén, hogy kollagén és az ásványi anyag különböző aránya miként változtatja meg a csont ellenálló képességét.

Egyik felfedezésük az volt, hogy a csont rostjaiban a hidroxi-apatit néhány nanométer vastag lemezkéket képez. A nagyobb méretű hidroxi-apatit blokkok olyan törékenyek lennének, mint a kréta, de ilyen kis méretben az ásványi anyag nagyon rugalmas. A kutatók stressztesztekkel azt is megállapították, hogy a rostokban lévő ásványi összetevő négyszer annyi terhelést vesz fel, mint a kollagén, de a hajlítások során a szinte kizárólag a kollagénre hárult minden feladat.

Ezekre a számítógépes kísérletekre pár éve még nem lett volna lehetőség, mondta Mark Buehler, a kutatócsoport vezetője. A rostok modellezése több évet vett volna igénybe, míg a mostani technikával néhány hónap alatt el tudták végezni a számításokat. Bühler azt reméli, hogy csontrostokat sikerül majd laboratóriumban előállítani, hogy azokat különböző mérnöki projektekben fel tudják használni.