بررسی ضریب خودنفوذی، زاویه پیوندی و نسبت اکسیژن‌های پل‌زن و غیر پل‌زن در شیشه زیست‌فعال کلسیم فسفاتی cao50p2o5-50: مطالعه با شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

شیشه های زیست فعال به دلیل داشتن خواص زیستی بالقوه در تحریک رشد بافت سخت و بهبود روند ترمیم آن، در کاربردهای درمانی ارتوپدی بسیار ارزشمند هستند. در این پژوهش با استفاده از نرم افزار لمپس، شیشه زیست فعال کلسیم فسفاتی 50p2o5-50cao به روش دینامیک مولکولی، شبیه سازی گردید و ساختار کوتاه برد و میان برد آن، توسط آزمون های مشخصه یابی بررسی شد. طبق نتایج، اندازه پیوند p-o برابر با (a)1/47 و 1/65 و برای پیوند o-o و ca-o به ترتیب برابر با (a)2/53 و 2/29 گزارش شد و زوایای o-p-o، p-o-p و ca-o-ca به ترتیب برابر با 160، 110/1 و 80 و برای زاویه o-ca-o برابر با 60 و 90 اندازه گیری گردید. ضرایب نفوذ در دماهای 1500، 2000 و 2500 به ترتیب برابر با (m^2/s)3/33*10^-16، 5*10-16 و ^10-14*1/66*10 و برای اتم p برابر با (m^2/s)3/33*10-16، 1/66*10^-16 و 16-10^*5/33 محاسبه شد. مطالعه ساختار میان برد شیشه زیست فعال، حاکی از نسبت اکسیژن های پل زن و غیر پل زن برابر با 28/47 و 71/53 درصد و میانگین عدد هم آرایی اتم های ca و p به ترتیب در شعاع قطع (a)3/0 و 2/0 برابر با 4/25 و 3/7 بود و چگالی شیشه زیست فعال برابر با (g/cm^3)2/13 اندازه گیری گردید.نتیجه گیری: درصد پایین اکسیژن های پل زن(28/47) در شیشه زیست فعال شبیه سازی شده حاکی از اتصال شبکه پایین، نرخ بالاتر تخریب شبکه شیشه و رهایش یونها از سطح آن است که امکان استفاده از آن را در کاربردهای ارتوپدی فراهم می کند.

investigation of self-diffusion coefficient, bond angle, and the ratio of bridging oxygen to non-bridging oxygens of 50p2o5–50cao calcium phosphate bioactive glass: a molecular dynamics simulation study

bioactive glasses are highly valuable in orthopedic therapeutic applications due to their inherent bioactive properties, ability to stimulate tissue regeneration, and enhancement of the healing process.methods: in this study 50p2o5–50cao calcium phosphate bioactive glass was synthesized by melt-quenching method, and molecular dynamic simulation was used to evaluate properties. the structural and mechanical properties were analyzed using computational techniques (lammps).findings: the results showed that the p–o bond lengths were 1.47 å, and 1.65 å, the o–o bond length was 2.53 å, and the ca–o was 2.39 å. the o-p-o, p-o-p, and ca–o–ca bond angles were measured at 160°, 110.1°, and 80°, respectively, and the o-ca-o bond was measured at 60°, and 90°. the calcium (ca) diffusion coefficient in 1500k, 2000k, and 2500k was 3.33 × 10⁻16 m²/s, 5 × 10⁻16 m²/s, and 1.66 × 10⁻14 m²/s, and for phosphorus (p) was 3.33 × 10⁻16 m²/s, 1.66 × 10⁻14 m²/s, and 5 × 10⁻16 m²/s, respectively. the study of the mid-range structure of bioactive glass indicated that the ratio of bridging and non-bridging oxygens were 28.47%, and 71.53%, and the average number of arrangement for ca and p atoms at cut-off radius of 3.0 å, and 2.0 å, were 4.25, and 3.7, and the density was measured as 2.13 g/cm3. the low percentage of bridging oxygens (28.47) in the simulated bioactive glass indicates a low network connection, a higher rate of glass network degradation, and the release of ions from its surface, which makes it possible to use it in orthopedic applications.