镁在生物环境中的相互作用研究：基于密度泛函理论的方法
材料科学
2026-03-03 v1 化学物理
计算物理
摘要
我们采用密度泛函理论来探讨镁氢化物层（Mg(OH)₂）、镁表面 Mg(0001) 以及三种氨基酸（谷氨酸、脯氨酸和谷氨酰胺）之间的相互作用。旨在改进对生物相关环境下镁行为的理解，例如生物降解植入物在体内的环境。为了简化此类条件的建模，研究了氨基酸的吸附。以 Mg(OH)₂ 层作为稍微腐蚀的镁或经过人为涂层的镁的模型，首先考察了 Mg(OH)₂ 层与 Mg(0001) 之间在无分子存在下的界面相互作用。随后分析了在 Mg(OH)₂ 层上方包含氨基酸的情形。我们发现，Mg(OH)₂/Mg(0001) 的相互作用较弱，Mg(OH)₂ 层可以轻松地滑动 across Mg 表面。氨基酸的存在对 Mg(OH)₂ 在 Mg(0001) 上的吸附影响有限，最多降低 3% 的结合能，而更多层数的 Mg(OH)₂ 则通过增加 13% 来加强 Mg(OH)₂/Mg(0001) 的结合。尽管仍低于 Mg(OH)₂ 层在其本体结构中的结合能，但我们的研究表明，仅少量的氢氧化物层即可在能量上更倾向于形成 Mg(OH)₂ 的 bulk 而非作为单层存在于 Mg(0001) 上。这为镁基植入材料相关的早期表面过程提供了洞察。
引用
@article{arxiv.2603.01648,
title = {Towards an understanding of magnesium in a biological environment: A density functional theory study},
author = {Miranda Naurin and Sally Aldhaim and Moltas Elliver and Ludwig Hagby and J. Didrik Nilsson and Elsebeth Schröder},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.01648},
year = {2026}
}
备注
9 pages 4 figures