İnsan Kemiğinin Muhteşem Nano Yapısının Ortaya Çıkarılması

Fotoğraf : Birbiriyle kaynaşmış olan protein ve mineraller fonksiyonel kemikler için gerekli olan dayanımı sağlamak üzere sürekli ağlar oluşturmaktadırlar.

Bilim adamları, 3 boyutlu nano ölçülerde yeniden yapılandırılmış mineral kemik yapısını elde etmişlerdir.

Kemik hem hızlı bir çitada hem de ağır bir filde tokluğu ve dayanımı sayesinde görevini eşit derecede yerine getirir.

Kemiğin özellikleri küçük elementlerin daha büyük yapıları oluşturduğu hiyerarşik düzenlere dayandırılabilir. Fakat nano ölçekli düzenler ve kemiğin temel bileşenleri olan mineral ve proteinler arasındaki ilişki tam olarak anlaşılamamıştır.

York Üniversitesi ve Londra İmparatorluk Koleji’nden bir araştırma ekibi, insan kemiği içerisindeki minerallerin gelişmiş 3 boyutlu nano ölçekli görüntülenmesi tekniğini kullanarak, daha büyük boyutta düzenlenmiş iskelet yapısı içerisine entegre edilmiş kemik kristal yapısının kademeli bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir.

Araştırmacılar, birtakım ileri elektron mikroskopisi temelli tekniği birleştirmiş ve nanometre seviyesinde mineralin temel yapı taşlarının, pervane kanatlarına benzeyen daha büyük bükülmüş trombositlerden oluşan iğne şekilli nano kristallerden elde edildiğini bulmuşlardır.

Kanatlar kemiğin protein fazı boyunca sürekli olarak birleşir ve parçalanırlar. Birbiriyle kaynaşmış olan protein ve mineraller fonksiyonel kemikler için gerekli olan dayanımı sağlamak üzere sürekli ağlar oluşturmaktadırlar.

York Üniversitesi Fizik Bölümü’nden başyazar Doçent Doktor Roland Kröger kemiğin, temel iki malzemesi esnek protein kollajen ve apatit olarak adlandırılan sert mineral olan ilginç bir kompozit olduğunu söyledi. Kemiğin tok ve güçlü olmasını sağlamak için bu iki sert ve esnek fazın eşit olarak birleştirilme yöntemleri hakkında birçok tartışma olduğunu belirtti. Aşamalı olarak bu iki malzemenin birleştirilmesiyle elde edilecek mekanik özelliklerin her bir bileşenin tek başına kullanılmasıyla elde edilenden daha üstün olduğunu ve kemik hiyerarşisinde 12 seviye olduğunu bulduklarını söylemiştir.

Londra İmparatorluk Koleji’nin eski bir çalışanı ve makalenin yazarlarından biri olan Dr. Natalie Reznikov’ a göre bu düzen bir evin bir odasında yaşayan bir bireyle karşılaştırırlarsa bu evden sokağa, sokaktan şehire şehirden ülkeye kadar uzanır ve bu şekilde 12 seviye devam edilirse galaksi boyutuna ulaşır.

Londra İmparatorluk Koleji’nden Profesör Molly Stevens, bu çalışmanın daha önce yapılan ve kemiğin temel özellikleriyle yapısını araştıran birçok güzel çalışmanın omuzları üzerine inşa edildiğini ve bir bulmacanın önemli kayıp bir parçasının kilidini açmaya yardımcı olduğunu ekledi.

Kemikte çok sayıda iç içe yuvalanmış yapının yanı sıra, hepsinin ortak özelliği, bükülmüş bir geometri sağlayan, hafif bir eğriliktir. Birkaçına değinmek gerekirse, mineral kristalleri kavislidir, protein şeritleri (kollajen) örülmüştür, mineralize kollajen fibrilleri bükülür ve bir kaburganın kıvrım şeklinde olduğu gibi kemiklerin tümü bir büküme sahiptir.

Fraktallarla doğada sıklıkla karşılaşılır. Yıldırımda, sahil çizgilerinde, ağaç yapraklarında, bulutlarda ve kar tanelerinde birbirine benzer desenler görülebilir. Bu durum kemik yapısının da doğanın bu düzen ilkesini izlediğini göstermektedir.

Yazarlar, fraktal benzeri kemik yapısının kemiğin dikkat çekici özelliklerinin en önemlisi olduğuna inanmaktadır.

Sonuçlar Science dergisinde yayınlanmıştır.

Kaynak : scitechdaily.com