科学:新研究揭示为什么肌腱和钢丝绳一样结实

来源：100医疗网原创2022-04-13 16:53

在一项新的研究中，来自马克斯普朗克胶体和界面研究所的研究人员发现了胶原蛋白的一种新特性：在胶原纤维中嵌入矿物质的过程中，会产生一种比肌肉力量强数百倍的胶原蛋白。

在一项新的研究中，来自马克斯普朗克胶体和界面研究所的研究人员发现了胶原蛋白的一种新特性：在胶原纤维中嵌入矿物质的过程中，它会产生比肌肉力量强数百倍的收缩。相关研究成果发表在2022年4月8日的《科学》杂志上，题目是《胶原纤维中的矿化世代兆帕收缩应力》。

论文的共同作者、马克斯普朗克胶体和界面研究所所长彼得弗拉茨尔教授表示，这种有机纤维组织矿化的普遍机制可能适用于技术上的混合材料，例如，在那里实现高断裂强度。

作为一种形成纤维的结构蛋白，胶原蛋白存在于肌腱、皮肤和骨骼以及其他地方。骨骼的强度是基于柔软的有机胶原纤维和嵌入其中的坚硬的结晶矿物颗粒之间的结构相互作用，因此它是一种混合材料。胶原蛋白给矿物质颗粒一个积极的预应力。

土木工程师在高强度钢的帮助下，在预应力混凝土中使用类似的机制，从而产生抗裂的结构构件。论文合著者、马克斯普朗克胶体和界面研究所团队负责人沃尔夫冈瓦格尔迈尔(Wolfgang Wagermaier)博士表示，从医学或生物学的角度来看，了解骨骼矿化过程中发生了什么也很有趣。他补充说，许多骨病都与骨骼中矿物质含量的变化有关，从而改变了特征。

电镜下，胶原纤维束被磷酸钙(骨矿物质)矿化。图片来自马克斯普朗克胶体和界面研究所。

这些作者发现，在胶原纤维中人为添加不同的矿物质，会使这些纤维变短，它们的应力可以达到每平方厘米100公斤。这相当于肌肉力量的100倍左右。在矿化过程中，通过柏林阿德勒霍夫的BESSY II同步加速器的X射线衍射观察到胶原结构的相关变化。胶原纤维的这种收缩明显发生在矿物与胶原蛋白混合的过程中，使矿物受到很大的压力，从而增加了复合材料的断裂强度。

这篇论文不仅表明胶原蛋白的这种特殊性质有助于骨等矿化组织的强度，而且还概述了一种可应用于具有优异力学性能的工程混合材料的概念。同时，这些发现有助于更好地理解组织矿化的生物过程以及矿化程度对宏观材料性质的影响。(100yiyao.com)

参考资料：

杭平等。科学，2022，doi :10.1126/science . abm 2664。

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