用于理解结构、力学、水合及生物界面的羟基磷灰石精确力场参数与pH分辨表面模型
材料科学
2015-12-02 v1
摘要
骨骼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至100 nm尺度上使用当前实验室技术仍难以分析，且先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上有限。本工作引入了羟基磷灰石的精确力场以及pH分辨表面模型，以定量符合实验地表示化学键、结构、表面、界面和力学性质。与早期模型相比，精度提高了几个数量级，以促进无机-生物组装的定量监测。该力场被集成到CHARMM、AMBER、OPLS-AA、PCFF和INTERFACE力场中，以实现任意组成和离子强度的磷灰石-生物系统的真实模拟。具体而言，这些参数再现了羟基磷灰石的晶格常数（偏差<0.5%）、红外光谱、解理能、水中的浸没能（偏差<5%）和弹性常数（偏差<10%），与实验相符。矿物、水和有机化合物之间的相互作用由力场中的标准组合规则表示，无需额外的可调参数，并显示出达到定量精度。基于大量实验数据，引入了常见(001)、(010)、(020)、(101)晶面以及纳米晶体的表面模型作为pH的函数。描述了对表面和浸没能、水界面结构、密度分布和表面溶解的新认识。可以分析肽、药物和矿化的特异性结合机制，并且该力场可扩展到取代和缺陷磷灰石以及其他磷酸钙相。
引用
@article{arxiv.1512.00122,
title = {Accurate Force Field Parameters and pH Resolved Surface Models for Hydroxyapatite to Understand Structure, Mechanics, Hydration, and Biological Interfaces},
author = {Tzu-Jen and Hendrik Heinz},
journal= {arXiv preprint arXiv:1512.00122},
year = {2015}
}