▲由TEM和相應的電子衍射模式觀察到的骨骼結構的三種變化。
不論是在加速的獵豹身上還是一頭大象體內，骨骼都表現得一樣好，這要歸功於它的韌性和力量。
骨骼的特性得益於它的分形結構，即一些小的組分形成了更大的結構。然而，我們對骨骼的納米級結構以及骨骼的主成分——礦物質和蛋白質之間聯繫的了解並不充分。
近日，來自加拿大約克大學和英國倫敦帝國理工學院的研究小組使用人類骨骼中礦物的先進3D納米尺度成像技術，證明了骨骼的礦物晶體具有分形結構，且這些結構整合到了構成骨架的更大結構上。該研究結果發表於《科學》雜誌。
研究人員結合了許多先進的電子顯微鏡技術，發現納米級礦物的主要組成部分是彎曲的針狀納米晶體，它們形成了更大的、像螺旋槳一樣扭曲的片晶。在骨骼的蛋白質階段（protein phase of bone），片晶不斷地融合和分裂。交織的礦物和蛋白質形成連續的網絡，為功能骨骼提供必要的力量。
該研究的第一作者、來自約克大學物理系的羅蘭克羅格教授說：「骨骼是一種有趣的複合材料，它由柔軟的膠原蛋白和一種被稱為磷灰石的硬礦物組成。這兩種材料的分形結構為骨骼提供了一種比單一成分更優越的機械性能，我們發現骨骼中有12個等級。」
除了骨骼中大量的嵌套結構外，所有這些結構的一個共同特徵是具有輕微的彎曲。舉幾個例子：礦物晶體是彎曲的、編織在一起蛋白質鏈（膠原蛋白）是彎曲的、礦化了的膠原纖維是扭曲的、整個骨骼本身都有一定程度的扭曲，例如，彎曲的肋骨。
分形在自然界中很常見：你可以在閃電、海岸線、樹枝、雲和雪花中看到類似的模式。這意味著骨骼的結構遵循著自然界中一個基本的秩序原則。作者認為，骨的分形結構是其顯著特性的關鍵成因之一。
編譯：Sky 審稿：西莫
責編：南熙
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