金属氧化物修饰生物活性玻璃的分子和生物活性
Taha M Tiama1, Hanan Elhaes2, Medhat A Ibrahim3
1Department of Basic Sciences, October High Institute of Engineering & Technology-OHI, 6th of October City, Giza, Egypt.
Scientific reports
|June 30, 2023
概括
这项研究用不同金属氧化物合成了生物活性玻璃 (BG). 用氧化添加的BG表现出优越的抗菌活性和增强的振动特性,由分子建模和FTIR分析证实.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 生物材料工程 生物材料工程
- 计算化学计算化学
背景情况:
- 生物活性眼镜 (BG) 是重要的生物材料,在骨再生和药物输送方面具有应用.
- 定制BG成分对于优化其生物和物理性能至关重要.
- 通过计算建模来理解结构-属性关系,有助于设计新的BG配方.
研究的目的:
- 通过sol-gel方法合成和表征新型生物活性玻璃 (BG),其中包含不同的金属氧化物 (FeO,CuO,ZnO,GeO).
- 研究这些剂对BG的结构,振动和生物特性的影响.
- 使用密度函数理论 (DFT) 计算,将实验发现与理论预测相关联.
主要方法:
- BG的sol-gel合成,其组成为60-x(SiO2).34(CaO).6(P2O5),其中x=10 (FeO,CuO,ZnO或GeO).
- 福利埃变换红外光谱 (FTIR) 用于分析振动特征.
- 对三种致病性细菌菌株进行抗菌检测.
- 密度函数理论 (DFT) 计算 (B3LYP/6-31g(d)) 模拟分子特性,如总双极时刻 (TDM) 和HOMO/LUMO带间隙能量 (ΔE).
主要成果:
- 由于电子共振,DFT建模表明增强了P4O10振动特性,并添加了SiO2.CaO.
- FTIR分析证实了ZnO兴奋剂对振动光谱的显著影响,与CuO,FeO和GeO不同.
- 用ZnO兴奋剂的BG对测试的病原体表现出最高的抗菌活性.
- 计算的TDM和DE值表明ZnO合的BG是最有反应性的成分.
结论:
- 将ZnO添加到SiO2.CaO.P2O5生物活性玻璃系统中,显著提高了其振动特性和抗菌功效.
- 使用DFT的计算建模有效地预测了生物活性玻璃的反应性和特性,与实验FTIR和抗菌结果保持一致.
- 用ZnO合的生物活性玻璃显示出作为抗菌生物材料的有前途潜力.
