Las
propiedades del hueso se pueden atribuir a su organización jerárquica, donde
los elementos pequeños forman estructuras más grandes. Sin embargo, la
organización a escala nanométrica y la relación entre los componentes
principales del hueso (mineral y proteína) no se han entendido completamente.
Recientemente, equipos de investigación de la Universidad de York y del
Imperial College de Londres, han demostrado, utilizando imágenes 3D del mineral
en hueso humano a escala nanométrica, que los cristales minerales tienen una
estructura jerárquica integrada a la estructura de mayor escala del esqueleto. Los resultados de la
investigación se publicaron en el artículo “Fractal-like hierarchical
organization of bone begins at the nanoscale” de la revista Science (3 de mayo
2018).
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| Crédito: Dr Roland Kröger |
Los investigadores
combinaron varias técnicas avanzadas basadas en la microscopía electrónica y
descubrieron que los principales bloques de construcción de mineral a escala
nanométrica son los nanocristales curvos en forma de aguja capaces de formar
plaquetas más grandes y retorcidas semejantes a las paletas de una hélice. Las
cuchillas se fusionan continuamente y dividen a lo largo de la fase proteica
del hueso. El mineral y la proteína entrelazados forman redes continuas para
proporcionar la fuerza esencial de los huesos funcionales. La combinación de
los dos materiales de una manera jerárquica proporciona hueso con propiedades
mecánicas superiores a las de sus componentes individuales. Además del gran
número de estructuras anidadas, una característica común de todas ellas es una
ligera curvatura, responsable de proporcionar una geometría retorcida. Por
nombrar algunas: los cristales minerales son curvos, los hilos de proteína
(colágeno) están trenzados, las fibrillas de colágeno mineralizadas se
retuercen y los huesos completos tienen un giro, como los de la forma curva de
una costilla. Los fractales (objetos cuya estructura se repite a diferentes escalas)
son
comunes en la naturaleza: se pueden ver patrones auto-similares en relámpagos,
líneas costeras, ramas de árboles, nubes y copos de nieve. El estudio de la
nanoestructura permite concluir que la estructura del hueso sigue un principio
de orden fundamental en la naturaleza.
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