Mineralization generates megapascal contractile stresses in collagen fibrils

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作者
Hang Ping,Wolfgang Wagermaier,Nils Horbelt,Ernesto Scoppola,Chenghao Li,Peter Werner,Zhengyi Fu,Peter Fratzl
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:376 (6589): 188-192 被引量:184
标识
DOI:10.1126/science.abm2664
摘要

During bone formation, collagen fibrils mineralize with carbonated hydroxyapatite, leading to a hybrid material with excellent properties. Other minerals are also known to nucleate within collagen in vitro. For a series of strontium- and calcium-based minerals, we observed that their precipitation leads to a contraction of collagen fibrils, reaching stresses as large as several megapascals. The magnitude of the stress depends on the type and amount of mineral. Using in-operando synchrotron x-ray scattering, we analyzed the kinetics of mineral deposition. Whereas no contraction occurs when the mineral deposits outside fibrils only, intrafibrillar mineralization generates fibril contraction. This chemomechanical effect occurs with collagen fully immersed in water and generates a mineral-collagen composite with tensile fibers, reminiscent of the principle of reinforced concrete.
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