تاثیر cao بر شیشه زیست‌فعال پایه سیلیکاتی شبیه‌سازی شده: بررسی ویژگی‌های ساختاری، توزیع qn و زیست‌تخریب پذیری به روش شیمی محاسباتی

شیشه‌های زیست‌فعال به عنوان یکی از مواد مهم در کاربردهای پزشکی و مهندسی بافت مورد توجه قرار گرفته‌اند. درک ساختار شیشه‌های زیست‌فعال برای پیش‌بینی خواص آن‌ها بسیار حائز اهمیت است، از این رو شبیه‌سازی دینامیک مولکولی یک روش مناسب برای بررسی خواص شیشه‌های زیست‌فعال در کنار نتایج تجربی به کار برده می‌شود. بنابراین در این پژوهش با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی به مطالعه ساختار کوتاه‌برد، میان‌برد و بلندبرد شیشه‌های زیست‌فعال 50sio2-50cao و 60sio2-40cao و همچنین به مطالعه ضرایب خودنفوذی با استفاده از میانگین مربع جابه‌جایی اتم‌ها پرداخته شد. برای مطالعه ساختار کوتاه‌برد، اندازه پیوندهای si-o، ca-o و o-o بررسی شد که برای شیشه زیست‌فعال 50sio2-50cao به ترتیب برابر با (å) 0.010 ± 1.615، 0.010 ± 2.385 و 0.010 ± 2.625 و برای شیشه زیست‌فعال 60sio2-40cao به ترتیب (å) 0.010 ± 1.615، 0.010 ± 2.375 و 0.010 ± 2.635 گزارش گردید. برای مطالعه ساختار میان‌برد، به بررسی عدد هم‌آرایی اتم‌ها، توزیع اکسیژن‌های پل‌زن و غیر پل‌زن و توزیع qn پرداخته و ارتباط آن‌ها با زیست‌فعالی بررسی شد و چگالی شیشه‌های زیست‌فعال مورد ارزیابی قرار گرفت که چگالی ترکیب شیشه‌ زیست فعال 50sio2-50cao و 60sio2-40cao به ترتیب برابر با (g/cm3) 61.01±2.0 و 0.01±2.47 به دست آمد. همچنین ضرایب خودنفوذی اتم‌ها در دماهای (k) 2000 و 1500 بررسی شد و نتایج نشان داد که با افزایش دما، ضریب خودنفوذی اتم‌ها افزایش می‌یابد. نتایج به دست آمده برای ساختار کوتاه‌برد با استفاده از نتایج پژوهش‌های اخیر مورد صحت‌سنجی قرار گرفت و خواص زیست‌فعالی ترکیب شیشه زیست‌فعال 50sio2-50cao و 60sio2-40cao با یکدیگر مقایسه گردید. نتایج نشان داد که شیشه زیست‌فعال 50sio2-50cao تخریب‌پذیری بیشتر و شیشه زیست‌فعال 60sio2-40cao توانایی تشکیل هیدروکسی‌آپاتایت بیشتری دارد و با توجه به خواص مذکور در کاربردهای مهندسی بافت استفاده شوند.

effect of cao on simulated silicate base bioactive glass: an investigation of structural characterization, qn distribution and biodegradability using computational chemistry method

bioactive glasses (bgs) have been considered as one of the important materials in medical and tissue engineering (te) applications. understanding the structure of bgs is very important factor for predicting their properties, hence molecular dynamics (md) simulation is a suitable method to investigate the properties of bgs along with experimental investigations. therefore, in this study, the short-range, medium-range and long-range structures of 50sio2-50cao and 60sio2-40cao bioactive glasses were studied using md simulation, and the self-diffusion coefficients were also calculate using the mean square displacement (msd) of atoms. to study the short-range structure, the bond length of si-o, ca-o and o-o bonds of 50sio2-50cao bg were investigated and reported 1.615 ± 0.010, 2.385 ± 0.010 and 2.625 ± 0.010, respectively. meanwhile, 1.615 ± 0.010, 2.375 ± 0.010 and 2.635 ± 0.010 were reported for 60sio2-40cao bg, respectively. to study the medium-range structure, the coordination number (cn) of atoms, the distribution of bridging and non-bridging oxygens (nbo), and the distribution of qn were studied and their relationship with bioactivity was investigated. additionally, the density of bgs was investigated and 2.47±0.01 g/cm3 and 2.61±0.01 g/cm3 were reported for 50sio2-50cao and 60sio2-40cao, respectively. moreover, the self-diffusion coefficients (sdcs) of atoms were investigated at 1500 and 2000 0k temperatures and results indicated that sdc of atoms increase with increasing the temperature. the results for the short-range structure were validated using the previous reports, and the bioactivity of 50sio2-50cao and 60sio2-40cao were compared with each other. it was found that 50sio2 -50cao bg is more degradable and 60sio2-40cao had more hydroxyapatite (ha) formation capability. eventually, considering the aforementioned properties, these two bgs can be used in te applications.