محققان MIT از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری ساختار مولکولی استخوان استفاده کردند تا به این نتیجه برسند که الیاف استخوان یک جفت عجیب از پروتئین‌های کلاژن چسبناک و مواد معدنی کریستالی هستند.
مانند اکثر سیاستمداران، استخوان ها از یک طرف قوی و از طرف دیگر کمی انعطاف پذیر هستند.
این به این دلیل است که استخوان ها از مواد نرم ژل مانند (کلاژن)، همراه با مواد مقاوم و خشک (هیدروکسید کلسیم معدنی) ساخته شده اند.
اکنون، گروهی از مهندسان می گویند که توانسته اند جزئیات این تعادل را درک کنند و نشان دهند که چگونه ساختار مولکولی الیاف استخوان به آنها کمک می کند تا از هر یک از این ترکیبات حداکثر استفاده را ببرند.
فیبرهای کلاژن که با کریستال های هیدروکسید کلسیم تقویت می شوند، بلوک های اصلی ساختمان استخوان هستند. آنها در گونه های مختلف حیوانات یافت می شوند و تأثیر خود را بر استخوان های اسکلت، دندان ها و شاخه های حیوانات نشان می دهند.
مهندسان MIT با استفاده از یک ابرکامپیوتر، نحوه ظاهر الیاف را در مقیاس اتمی محاسبه کردند. آنها الیاف خود را با داده های مطالعات قبلی در مورد استخوان های واقعی مقایسه کردند تا ببینند مدل کامپیوتری آنها چقدر دقیق است.
سپس، در ازای ترکیب سطوح مختلف کلاژن در برابر هیدروکسید کلسیم، آزمایشاتی را بر روی الیاف مجازی خود انجام دادند تا ببینند چگونه آنها به فشار و کشش واکنش نشان می دهند.
بر اساس یافته‌های آنها، هیدروکسید کلسیم در الیاف استخوان احتمالا پلاکت‌های کوچکی با ضخامت چند نانومتر را تشکیل می‌دهد. اگرچه قطعات بزرگ هیدروکسید کلسیم به اندازه گچ شکننده هستند، اما در چنین ابعاد کوچکی این مواد معدنی در واقع نرم و انعطاف پذیر هستند.
محققان همچنین دریافتند که در تست استرس، بخش معدنی فیبر چهار برابر فشار پروتئین کلاژن را تحمل می کند. از طرف دیگر خم شدن تقریباً منحصراً در کلاژن اتفاق می افتد.
مارک بولر، رئیس گروه تحقیقاتی، می گوید که انجام چنین آزمایش های کامپیوتری حتی چند سال پیش غیرممکن بود. و مدل سازی ساختار مولکولی الیاف استخوان در یک ابر رایانه سال ها طول می کشد. اما با ابررایانه های جدید، محاسبه این تحقیق تنها چند ماه طول کشید.
Bor اکنون امیدوار است که بتواند الیاف استخوان را در آزمایشگاه برای پروژه های مهندسی مختلف تولید کند. نتایج کار آنها بر روی این ابر رایانه در آخرین شماره مجله Nature Communications منتشر شد.
منبع: khabaronline.ir