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사람 뼈, 겉은 부드럽고 속은 딱딱한 이유

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사람 뼈, 겉은 부드럽고 속은 딱딱한 이유

2016.03.01 18:00

에르난데스 교수팀이 촬영한 해면골질의 3차원 사진. 주황색 부분은 1차 손상, 초록색 부분은 2차 손상 부위를 의미한다. - 미국 코넬대 제공
에르난데스 교수팀이 촬영한 해면골질의 3차원 사진. 주황색은 1차 손상 부위,
초록색은 2차 손상 부위다. - 미국 코넬대 제공

 

재료공학 분야에서는 가벼우면서도 튼튼해 자동차, 항공기 등에 사용할 수 있는 새로운 소재를 개발하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 최근에는 사람의 뼈 구조를 응용하면 더 견고한 물질을 만들 수 있다는 연구 결과가 나왔다.

 

크리스토퍼 에르난데스 미국 코넬대 기계항공공학부 교수팀은 사람의 뼈 내부에서 관찰할 수 있는 ‘해면골질’의 구조적 특성을 밝혀내 미국 ‘국립과학원회보(PNAS)’ 2월 29일자에 발표했다.

 

해면골질은 뼈의 끝부분, 즉 관절을 이루는 부분에 있다. 해면골질 내부에 뼈의 잔 기둥들이 입체적으로 서로 얽혀있지만, 겉은 다른 부분에 비해 상대적으로 부드럽고 유연한 조직으로 이뤄져 있다.

 

공학자들이 항공기나 자동차의 외장재에 균열이 발생하는 현상을 막기 위해 표면을 딱딱하게 만드는 한편 무게를 줄이고 충격을 완화하기 위해 내부를 부드러운 완충재로 채우는 것과는 반대인 셈이다.

 

연구팀은 4번 요추 조직에 손상이 나타난 환자 11명의 해면골질을 3차원 영상으로 촬영하고 손상과 복원 과정에서 나타나는 특성을 분석했다.

 

그 결과 환자들에게서 관찰된 조직손상 부위 1676개 중 약 72%는 1차로 손상이 발생한 부위 주변에 또 다시 손상이 발생한 것으로 나타났다.

 

연구팀은 해면골질에 한차례 손상이 발생하면 이를 복원하기 위해 생성되는 석회질이 손상부위를 딱딱하게 만들고, 외부에서 다시 충격이 가해질 경우 딱딱한 부위에 힘이 집중되기 때문에 동일한 부위에 손상이 반복적으로 나타난다고 설명했다. 대신 충격이 반복되더라도 기존에 손상을 입은 부위에 집중적으로 힘이 가해지면서 중심부는 큰 손상을 입지 않았다.
 
연구팀은 외부가 부드럽고 내부가 딱딱한 해면골질의 구조적 특성 덕분에 뼈에 충격이 가해질 때 내부에는 큰 힘이 전달되지 않도록 유도한다고 설명했다. 또 충격으로 외부조직이 약간 손상 되더라도 중심부에는 치명적인 손상을 입지 않도록 해 원래의 기능을 유지하도록 만든다고 설명했다.

 

조나단 매트니 연구원은 “연구 결과를 재료공학 분야에 응용하면 치명적인 손상을 피하고 손상된 이후에도 제 기능을 할 수 있는 새로운 물질을 만들어낼 수 있을 것”이라고 말했다.

 

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