A scale-bridging Simulation Approach to an atomistic Understanding of Apatite-Protein Composites: Nucleation Mechanisms, Structure and Mechanical Properties

一种尺度桥接模拟方法，用于原子理解磷灰石-蛋白质复合材料：成核机制、结构和机械性能

• 批准号: 202938935
• 负责人: Professor Dr. Dirk Zahn
• 金额: --
• 依托单位: Computer-Chemie-Centrum (CCC)
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2010-12-31 至 2014-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/202938935?language=en
• 关键词: scale; bridging; Simulation; Approach; atomistic

Das Forschungsprojekt beruht auf einem skalenübergreifenden Konzept, dessen Entwicklung die detaillierte Untersuchung atomarer Prozesse ermöglichen soll, um die einzigartigen Strukturen und mechanischen Eigenschaften von Apatit-Protein Kompositen zu verstehen. Die atomare Struktur solch komplexer Biokomposite ist nur teilweise aufgeklärt. Daher sollen im ersten Schritt (i) des Vorhabens realitätsnahe Szenarien der Keimbildung untersucht werden. Die Komplexität und Detailgenauigkeit der Modelle soll dabei sukzessive gesteigert werden. Die Bandbreite der so ermöglichten Einblicke umfasst die Assoziation einzelner Ionen, die Mechanismen der Motifbildung, Reifung und der Selbstorganisation von Nanokristallen – einschließlich und insbesondere des Wechselspiels dieser Vorgänge mit wachstumssteuernden Molekülen. Auf dieser Grundlage sollen im zweiten Schritt (ii) verlässliche Aufbauregeln für scale-up Modelle geschaffen werden. Diese können mehrere Millionen Atome umfassen und somit eine realitätsnahe Untersuchung von Apatit-Kollagen (biomimetische Komposite, Zahnbein) und Apatit-Amelogenin (Zahnschmelz) Kompositen auf der 10 100 nm-Skala ermöglichen. Damit soll der Weg zu (iii) Simulationsmodellen bereitet werden, welche grundsätzliche Aspekte der hierarchischen Struktur und den besonderen mechanischen Eigenschaften von Zahnschmelz und bein zugänglich machen. Auf dieser Grundlage sollen detaillierte Untersuchungen zu den Mechanismen von Verformungs- und Bruchprozessen durchgeführt werden. Übergeordnetes Ziel ist dabei das atomistische Verständnis dieser Biokomposite und deren Materialeigenschaften wie Härte, Plastizität, Zähigkeit und der Möglichkeit zur Selbstheilung.

该研究项目是在一个小规模的概念上进行的，详细研究了原子过程，研究了磷灰石-蛋白质复合物的结构和机理。生物复合材料的原子结构仅仅是一种简单的结构。在第一次会议上，我们必须解决韦尔登教育的实际问题。该模型的复杂性和细节设计使其具有足够的韦尔登。因此，这一系列的创新主要集中在纳米生物学、纳米生物学的基础理论、纳米生物学的自我组织、纳米生物学的创新机制等方面。Auf dieser Grundlage sollen im zweiten Schritt（ii）verlässliche Aufbauregeln für scalle geschaffen韦尔登.这是一项关于Apatit-Kollagen（biomimetische composite，Zahnbein）和Apatit-Amelogenin（Zahnschmelz）的10个组分的研究 100 nm-Skala ermöglichen.（iii）可以使用韦尔登模型，该模型具有层次结构的基本特性，并具有Zahnschmelz的固有特性和相应的机械特性。Auf dieser Grundlage sollen detaillierte Untersuchungen zu den Mechanismen von Verformungs- und Bruchprozessen durchgeführt韦尔登.Übergeordnetes Ziel ist dabei das atomistische Verständnis dieser Biokomposite und deren Materialeigenschaften wie Härte，Plastizität，Zähigkeit und der Möglichkeit zur Selbstheilung.