Synchrotron X-ray diffraction studies of bone structure and deformation

Publikationen: Thesis / StudienabschlussarbeitDissertation

Organisationseinheiten

Abstract

Knochen ist ein hierarchisch strukturierter Faserverbund aus Kollagen und Mineral-Nanopartikeln. Ziel dieser Arbeit war es ein besseres Verständnis des Aufbaus und des mechanischen Verhaltens von Knochen auf der Mikro- und Nanometer-Ebene zu erlangen. Zunächst wurde die Struktur von Osteonen (konzentrische Anordnung von Lamellen um ein Blutgefäß) mittels Synchrotronstrahlung erforscht. Mit einem eigens entwickelten Mikrotexturanalyseverfahren konnte gezeigt werden, dass sich mineralisierte Kollagenfibrillen in Osteonen spiralförmig um den zentralen Blutkanal winden. Dadurch erlangen sie offenbar eine besondere axiale Flexibilität. Weiters konnte durch in-situ Zugversuche mit Röntgenbeugung gezeigt werden, dass sich nur die Hälfte der gesamten Dehnung eines parallelfasrigen Knochengewebes auf die Dehnung der Kollagenfasern überträgt. Die restliche Dehnung erfolgt offenbar durch Scherverformung in der extrafibrillären Matrix. Diese Ergebnisse zeigen erstmals die mechanische Bedeutung dieser bisher kaum beachteten Matrix auf. Zur Durchführung der Experimente wurden spezielle Apparaturen entwickelt, die die gleichzeitige Messung der Dehnung des Gewebes in physiologischem Zustand, sowie der Kollagenfasern und sogar der Mineralpartikel ermöglichen. Insgesamt tragen die Ergebnisse zu einem besseren Verständnis von krankheitsbedingter Knochenfragilität bei und zeigen Design-Prinzipien für neuartige Verbundwerkstoffe auf.

Details

Titel in ÜbersetzungStudie über Struktur und Deformation von Knochen mittels Synchrotron-Röntgenbeugung
OriginalspracheEnglisch
Betreuer/-in / Berater/-in
StatusVeröffentlicht - 2006