Einfluss von Calcium- und Phosphationen auf die Adhäsion von Proteinen an Titandioxidoberflächen

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Ziel des Projekts ist die Simulation des kompletten Systems aus Titanunterlage, Titanoxidoberfläche und biologischer Lösung, wie es auf der Oberfläche von medizinischen Implantaten zu erwarten ist. Dieses System ist von großer Aktualität, da die Biokompatibilität von Titandioxidoberfläche bestimmt wird. In bisherigen Arbeiten wurde mit dem Car-Parrinello-Verfahren die Hydroxylierung der Oberfläche, sowie das Verhalten einzelner Aminosäuren in wässriger Lösung darauf simuliert. Kürzlich wurde die Doppelschicht von Ionen in wässriger Lösung auf einem starren Modell von teilweise hydroxyliertem Rutil bei verschiedenen pH-Werten mit Hilfe der klassischen Molekulardynamischen Simulation behandelt. Der Antrag verfolgt zwei Ziele: (1) die in Experimenten beobachtete Belegung des Titanoxids mit chemisorbiertem Kohlenstoff soll mit Hilfe der ab inito Molekulardynamischen Simulation an kleinen Simulationszellen untersucht werden. Dabei werden bisher bewährte Rechenverfahren auf das System Rutil-Kohlenstoffverbindungen übertragen. (2) Unter Berücksichtigung des Modells der Metalloxidoberfläche und der elektrochemischen Doppelschicht darauf soll die Adsorption von Kollagenfragmenten und von Fibronektinmolekülen untersucht werden. Da die Wechselwirkung der Proteine mit der Oberfläche im wesentlichen auf elektrostatischen Kräften sowie auf Wasserstoffbrückenbindungen beruht, kann dies mit einer etablierten Kraftfeldmethode in einem ausreichend großen System behandelt werden.