美国麻省理工学院的科学家近日发表研究报告称，将来只需利用患者一份针头大小的骨骼样本，就能更有效地诊断和治疗骨骼疾病。这是第一份关于骨骼力学性质的研究报告，它对骨骼如何吸收能量给予了重新解释，这有助于制造出新的、更坚韧的复合材料。
骨骼是人体内部主要的承重结构组织，骨骼的结构、质量和完整性随着年龄的增加和疾病的发生会产生戏剧性变化。因此，从根源上了解骨骼力学特性极为重要。为此，麻省理工学院科研小组从更小的尺度上探查了骨骼结构，采用新分析方法，了解了有关骨骼基本构造特性的详细力学信息，可用于极为精确地评定骨骼的质量。
此项研究负责人、麻省理工学院材料科学与工程学副教授克里斯廷•奥梯斯说，他们使用了一台称为“分子压力探针“的仪器，用非常细小的探针尖头刺入一块很小的骨头里，在几十纳米的尺度水平上对骨骼的基本构造单元———骨胶原蛋白进行了探测分析。就像地理学家绘制地图那样，奥梯斯和他的同事们绘制了一块牛胫骨硬度的彩色二维等高线图，结果发现，在如此小的尺度下，骨骼的力学特性是不均一的。在同一区域内，哪怕仅相隔2毫米，骨头的力学性质也会大相径庭，而力学性质的异常变化与因年龄或疾病导致的骨骼结构变化有着密切联系。因此，这一发现有助于改进对骨骼疾病的诊断。
研究小组还发现，骨骼不均一的硬度分布模式有利于其吸收能量。此前，人们普遍认为，不均一材料的硬度不如均一材料高。参与研究的舒尔士教授说，他们的研究结果恰恰相反。骨骼能比其他均一材料吸收更多的能量，这是大自然的杰作。这种结构使骨骼能抵抗突然的断裂。
研究小组表示，参考骨骼的设计思路，可以找到新的方法来制造包括纳米复合材料在内的新型复合材料，特别是使它们具有像骨骼那样的硬度和坚韧度。
作者：
2007-6-5