软骨是一种迷人的物质。它覆盖在我们的骨骼末端，让它们在肘部和膝盖等关节处相互滑动。它造成的表面比冰上的冰滑五倍。
确切地说，软骨是如何管理这种近乎无摩擦的减震功能的还不完全清楚。人们普遍认为，这取决于关节内液体和组成组织的分子之间的相互作用，称为细胞外基质(ECM)。在微观水平上研究这些微妙的动态一直是科学家们的目标。
在一项新的研究中，研究人员在高级光子源(APS)上使用超明亮的x射线束，首次在纳米尺度上直接测量软骨的运动。高级光子源是美国能源部(DOE)阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的科学办公室用户设施。这项名为x射线光子相关光谱(XPCS)的新技术的应用，使人们能够深入了解软骨力学，为从常见骨相关疾病到运动损伤的各种新疗法的发展奠定了基础。
佛罗里达大学生物医学工程副教授、首席研究员Kyle D. Allen说:“使用APS，我们能够以前所未有的规模观察细胞外基质的动态，这是非常令人兴奋的。”“我们对软骨的这些相互作用了解得越多，就越有可能开发出新的合成材料或生物组织植入物，来代替骨关节炎患者的功能。”
艾伦和他的大学同事们与阿贡的x射线科学部(XSD)的科学家们合作。从牛股骨的圆形末端采集半月形软骨样本。在APS的8-ID-I光束线上，软骨暴露在不同的条件下，插入一个标本支架，并使用超明亮的x射线光束进行检查。
该小组在《骨关节炎和软骨》杂志上发表了这项研究。研究结果表明，较小的ECM组分比较大的组分具有更强的移动性，脱水会减慢移动性，而且越接近软骨表面的ECM动力学越快。该报告还表明，这种x射线技术可以在更大的尺度(1微米以下，或比人类头发的宽度小70倍)和更小的尺度(纳米，或指甲每秒生长的数量)下同时有效地测量ECM动力学。这项研究展示了这项技术的应用，并为研究这些组织如何受到各种参数或条件的影响打开了大门。
XSD的助理物理学家张庆腾说:“与其他任何探测器相比，我们在APS上使用x射线从生物材料中获得的见解是独一无二的。”“有了XPCS技术，人们可以在不破坏或切开软骨结构的情况下，观察软骨的内部结构或纳米尺度的动力学。这是只有高能的、类似激光的x射线才能做到的。”
总之，这些结果促进了对软骨动力学的理解，并展示了一个有价值的新研究工具。
艾伦说:“这项研究实际上是为了实现一个基本的理解。”“虽然我们对软骨的功能有一个高层次的了解，但仍有很多谜团。我们所做的工作使我们最终能够调查一些尚未解决的问题。”
