凝聚态物理 > 材料科学
[提交于 2015年12月1日
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标题: 精确的力场参数和pH分辨的表面模型用于羟基磷灰石以理解结构、力学、水合和生物界面
标题: Accurate Force Field Parameters and pH Resolved Surface Models for Hydroxyapatite to Understand Structure, Mechanics, Hydration, and Biological Interfaces
摘要: 骨和牙齿的矿化涉及生物分子与羟基磷灰石之间的相互作用。 相关的复杂界面和过程在1到100纳米尺度上使用现有的实验室技术难以分析,而以前的原子模拟模型在化学键、表面化学和界面相互作用的表示方面存在局限。 本研究引入了一个精确的力场以及pH分辨的羟基磷灰石表面模型,以定量地表示化学键、结构、表面、界面和机械性能。 与早期模型相比,其准确性提高了几个数量级,从而有助于对无机-生物组装进行定量监测。 该力场被整合到CHARMM、AMBER、OPLS-AA、PCFF和INTERFACE力场中,以实现任何成分和离子强度的磷酸盐-生物系统的现实模拟。 具体而言,参数再现了晶格常数(偏差小于0.5%)、红外光谱、解理能、在水中的浸润能(偏差小于5%)以及弹性常数(偏差小于10%)的羟基磷灰石,与实验结果相比。 矿物、水和有机化合物之间的相互作用通过力场中的标准组合规则表示,无需额外的可调参数,并且已被证明具有定量准确性。 基于广泛的实验数据,引入了常见(001)、(010)、(020)、(101)晶面和纳米晶体的表面模型,作为pH的函数。 描述了关于表面和浸润能、水界面结构、密度剖面和表层溶解的新见解。 可以分析肽、药物和矿化的特定结合机制,并且该力场还可扩展到取代和缺陷的磷酸盐以及其它磷酸钙相。
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