شبيه سازي ساختار نانو ذرات شيشه زيست فعال 58SiO2 - 38CaO - 4P2O5 در مقياس اتمي به روش ديناميك مولكولي

Simulation of the Structure 58SiO2–38CaO–4P2O5 Bioactive Glass Nanoparticles at Atomic Scale by Molecular Dynamics

شيشه زيست فعال به دليل توانايي پيوند بافت نرم و سخت در ترميم، درمان و شكسته بندي استخوان و نيز به عنوان جايگزيني مناسب براي استخوانچه هاي گوش مورد توجه قرار گرفته است. در اين مقاله از شبيه سازي ديناميك مولكولي با استفاده از نرم افزار گرومكس براي مطالعه ساختار شيشه زيست فعال شبيه سازي شده به روش سل-ژل استفاده شد. براي ايجاد گروه هاي هيدروكسيل، سيستم شيشه زيست فعال مورد نظر مدل سازي شد. سپس يك سيكل حرارتي در بازه دمايي 298 الي 923 درجه كلوين با نرخ ثابت بر سيستم مورد مطالعه اعمال گرديد و ساختار داخلي، ضريب نفوذ و چگالي جرم مولكولي، تعداد پيوند هاي هيدروژني، طول پيوند و زواياي پيوندي مورد ارزيابي قرار گرفت. توابع توزيع شعاعي براي مطالعه ساختار شيشه زيست فعال نيز مطالعه شد. بررسي چگالي مولكول ها و نتايج شبيه سازي زوايا و طول پيوندها بيانگر تمايل مواد به قرارگيري در مكانِ بهينه و سيستم پايدار مي باشد. بر اساس يافته هاي مرتبط با تحرك كمتر ريز تركيب P2O5 در محيط جعبه شبيه سازي ، ريز تركيبات SiO2 و CaO در ايجاد توزيع يكنواخت تركيبات و عناصر در سامانه تأثيرگذار هستند. با بررسي ضريب نفوذ و توزيع مولكولها به روش تابع توزيعي شعاعي در جعبه، و با اعتماد به نسبت خوشه اي شدن مي توان ادعا نمود كه اجزاي موجود در سامانه، توزيع نسبتاً يكنواختي داشته اند و فاصله بين اتم ها در مولكول هاي گوناگون قابل قبول و منطقي است.

bioactive glasses are widely employed in repair and treatment of bone defects and also as an appropriate replacement for the ossicles in middle ear owing to their bonding ability to hard and soft tissues. In this research, the molecular dynamics package (GROMACS) was used to study the structure of bioactive glass synthesized by sol-gel method. To create related hydroxyl groups, the bioactive glass system was modeled. Then, a thermal cycle at temperature of 298-923 K with a constant rate was applied to the studied system and several parameters such as the internal structure, penetration coefficient, density and molecular weight, number of hydrogen bonding, bond length and bond angles were evaluated. Finally, the radial distribution functions were analyzed to study the structure of the bioactive glass, and the effect of the synthesis method on the bioactive glasses was also determined. The evaluation of the molecules density and simulation results of the bond angles and lengths indicated that materials are tend to be placed in the optimal condition and sustainable system. Due to the higher molecular weight of P2O5 and its lesser movement throughout the box, SiO2 and CaO species played more important role in the uniform distribution of materials through the system. By determining the diffusion coefficient and molecules distribution via radial distribution function method in the simulation box, it was concluded that the system components had a fairly uniform distribution and there was an acceptable and logical distance between atoms in almost every molecule.