Knochen brechen wie Stahl

Robert Ritchie von der University of California in Berkeley und seine Kollegen führten die ersten Experimente zum Bruchverhalten von Knochen mit dem Oberarmknochen einer verstorbenen jungen Frau durch. Mit einer trickreichen Methode gelang es ihnen, Mikrorisse im Knochen zu erzeugen, kurz bevor dieser richtig brach.

Die Risse analysierten Forscher um Ritchie mit dem Mikroskop. Sie stellten fest, dass die Risse das Knochengewebe nicht komplett durchtrennten. Statt dessen blieben zwischen den winzigen Brüchen Gewebebrücken bestehen, die den Knochen stabilisierten. Ähnliche Brucheigenschaften werden auch bei Metallen beobachtet.

Die Forscher stellten außerdem fest, dass Knochen aufgrund ihres Aufbaus nicht in jeder Richtung gleich widerstandsfähig gegen mechanische Belastung sind. Mit den neuen Erkenntnissen zur Mechanik des Knochenbruchs hoffen die Forscher, das Verletzungsrisiko älterer oder kranker Menschen besser vorherzusagen zu können.

Knochen, die von manchen Materialwissenschaftlern als ultimativer Baustoff angesehen werden, weil sie gleichzeitig leicht, fest und bruchfest sind, haben einen komplizierten Aufbau: Auf der kleinsten Skala bestehen sie aus Kollagenfasern, die durch das kalzium- und phosphathaltige Mineral Apatit verbunden werden. Die mineralisierten Kollagenfasern sind zu einer lamellenartigen Struktur verbunden. Diese Lamellen werden von weiteren Knochenbausteinen und Blutgefäßen durchsetzt.