Wetenschappers hebben een 3D-reconstructie op nanoschaal gemaakt van de minerale structuur van bot.

Bot presteert even goed, of het nu gaat om een ​​versnellende cheeta of een zware olifant, dankzij zijn taaiheid en sterkte.

De eigenschappen van bot kunnen worden toegeschreven aan zijn hiërarchische organisatie, waar kleine elementen grotere structuren vormen.

Echter, de organisatie op nanoschaal en de relatie tussen de belangrijkste componenten van het bot - mineraal en eiwit - zijn niet volledig begrepen.

Met behulp van geavanceerde 3D-beeldvorming op nanoschaal van het mineraal in menselijk bot, onderzoeksteams van de University of York en Imperial College London hebben aangetoond dat de minerale kristallen van bot een hiërarchische structuur hebben die geïntegreerd is in de grotere schaal van het skelet.

Onderzoekers combineerden een aantal geavanceerde op elektronenmicroscopie gebaseerde technieken, en ontdekte dat de belangrijkste bouwstenen van mineralen op nanometerschaal gebogen naaldvormige nanokristallen zijn die grotere gedraaide bloedplaatjes vormen die op propellerbladen lijken.

De bladen smelten continu samen en splitsen zich door de eiwitfase van het bot. Het verweven mineraal en eiwit vormen continue netwerken om de kracht te bieden die essentieel is voor functionele botten.

Hoofdauteur, Universitair hoofddocent Roland Kröger, van de afdeling Natuurkunde van de Universiteit van York, zei:"Bot is een intrigerende samenstelling van in wezen twee materialen, het flexibele eiwit collageen en het harde mineraal apatiet".

"Er is veel discussie over de manier waarop deze twee stijve en flexibele fasen op unieke wijze worden gecombineerd om taaiheid en sterkte aan het bot te geven.

"De combinatie van de twee materialen op een hiërarchische manier geeft bot mechanische eigenschappen die superieur zijn aan die van de afzonderlijke componenten alleen en we ontdekken dat er 12 niveaus van hiërarchie in bot zijn."

Dr. Natalie Reznikov, voorheen van het Imperial College, Londen en een auteur op de krant, zei:"Als we deze regeling vergelijken, bijvoorbeeld, aan een persoon die in een kamer van een huis woont, dit strekt zich uit tot een huis in een straat, dan de straat in een wijk, een wijk in een stad, een land en het gaat maar door. Als je doorgaat naar 12 niveaus, bereik je de grootte van een sterrenstelsel! "

Professor Molly Stevens, van het keizerlijke college, Londen, toegevoegd:"Dit werk bouwt voort op de schouders van vele mooie eerdere onderzoeken naar de fundamentele eigenschappen en structuur van bot en helpt een belangrijk ontbrekend stukje van de puzzel te ontsluiten."

Naast het grote aantal geneste structuren in bot, een gemeenschappelijk kenmerk van allemaal is een lichte kromming, het verstrekken van gedraaide geometrie. Om er een paar te noemen, de mineraalkristallen zijn gebogen, de eiwitstrengen (collageen) zijn gevlochten, de gemineraliseerde collageenfibrillen draaien, en de hele botten zelf hebben een draai, zoals die te zien zijn in de gebogen vorm van een ribbe bijvoorbeeld.

Fractals komen veel voor in de natuur:je kunt soortgelijke patronen zien in bliksemschichten, kustlijnen, boomtakken, wolken en sneeuwvlokken. Dit betekent dat de structuur van bot een fundamenteel ordeprincipe in de natuur volgt.

De auteurs zijn van mening dat de fractaalachtige structuur van bot een van de belangrijkste redenen is voor zijn opmerkelijke eigenschappen.

De bevindingen worden gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschap .