Modellierung und Simulation der Morphogenese von Apatiten in Gegenwart von Biomolekülen

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Es sollen Modellszenarien für das Wachstum und die Strukturbildung von Bio-Apatit entwickelt werden und auf der Basis dieser Szenarien Computersimulationen zur Strukturbildung durchgeführt werden. Bei der Modellentwicklung soll davon ausgegangen werden, dass sich die Keimbildung in einem System aus organischen und anorganischen Bausteinen auf der Basis empirischer lokaler atomarer Kraftfelder beschreiben lässt und somit einer klassischen Molekulardynamik (MD)- oder Monte Carlo (MC)-Simulation zugänglich ist (Diese Grundannahme ist nach eigenen Vorarbeiten voll gerechtfertigt). Nach Verifizierung der Kraftfelder durch Simulationen von Apatit-Clustern in wässriger Lösung einerseits und Kollagenfragmenten in wässriger Lösung zum anderen soll schließlich ein System aus Apatitbausteinen und Kollagenfragmenten in wässriger Lösung komponiert werden mit dem Ziel, Nukleationskeime für die Biomineralisation zu identifizieren. Durch Vergröberung sollen aus den nanoskopischen Strukturen und deren Eigenschaften jedoch "Bauelemente" (etwa skalierbare zellulare Automaten) entwickelt werden, die als Basis für die Simulation der Strukturbildung bis in makroskopische Dimensionen (die Morphogenese) dienen können. Die Verfahren sollen zunächst angewendet werden für die Simulation von Apatit-Kollagen-Nanokomposite, sie sollten jedoch auf viele andere Systeme übertragbar sein.