Teoretisk studie av bindningsenergier mellan aminosyror och magnesiumlegeringar
Typ
Examensarbete för kandidatexamen
Program
Publicerad
2024
Författare
Bolin, John
Goold, Amanda
Hildeberg, Olof
Limbäck, Alva
Modellbyggare
Tidskriftstitel
ISSN
Volymtitel
Utgivare
Sammanfattning
Idag är nästan alla implantat gjorda av titan- eller stållegeringar. Implantat som inte ska vara kvar
permanent i kroppen efter en skada måste opereras ut efter läkning. Det är önskvärt att undvika operationer om möjligt, eftersom det medför risker för patienten och höga operationskostnader.
Biologiskt nedbrytbara implantat är därför av stort intresse. Ett lovande material för nedbrytbara
implantat är magnesium (Mg). Rent Mg bryts dock ned för snabbt vid många läkningsprocesser, därför
utvecklas implantat av Mg-legeringar för att öka korrosionsmotståndet hos implantat. Resultaten från
det genomförda projektet som presenteras i denna rapport tyder på att legeringsytor innehållandes zink
(Zn), aluminium (Al), och litium (Li) ger upphov till ett förhöjt korrosionsmotstånd, där legeringar
med Li visar högst korrosionsmotstånd av de tre.
Dagens forskning inom detta område är till stor del experimentell och mängden teoretisk forskning är
relativt liten. Syftet med detta projekt är att med hjälp av datorsimuleringar studera bindningsenergier
mellan olika Mg-legeringar och aminosyror för att estimera korrosionsegenskaperna hos Mg-legeringar.
Under projektet studerades Mg-legeringar innehållande Zn, Al, eller Li. De undersökta aminosyrorna
var glycin, prolin, och hydroxyprolin, som tillsammans utgör den största delen av kollagen, vilket
är ett av de vanligaste proteinerna i kroppen. I datorprogram konstruerades modeller bestående av
ytan av en Mg-legering och en aminosyra i taget. Bindningsenergin mellan ytan och aminosyran
studerades i miljöer som motsvarar vakuum och rent vatten. I vakuum undersöktes aminosyrorna
när dessa var både fria och fixerade. Fria aminosyror innebär i detta projekt att molekylen fick röra
sig fritt i rummet, fixerade innebär att molekylens rörelsemöjligheter begränsades för att simulera en
mer realistisk orientering av aminosyrorna då dessa sammanlänkas i kedjor i kollagen.
Flertalet resultat togs fram under projektet. Beräkningarna från de fria aminosyrorna visade att
Mg-Li-legering motsvarande en vikt-% på ungefär 3, 8 ger störst bindningsenergi, vilket indikerar
att denna legering ger högst korrosionsmotstånd jämfört med ren Mg och legeringar med Zn eller
Al. De fixerade aminosyrorna, som endast undersöktes med en Mg-Zn yta, visade knappt märkbara
skillnader i bindningsenergi mellan legeringshalterna. Beräkningarna i vattenmiljö hann inte konvergera
inom projektets tidsram, och därmed gavs inget slutgiltigt resultat för bindningsenergierna. Däremot
erhölls bilder som visade hur aminosyran prolin rör sig i en vattenmiljö. I fortsatt teoretisk forskning
rekommenderas vidare undersökning av hur aminosyrorna binder till Mg-legeringar i en vattenmiljö,
samt hur aminosyrorna beter sig då de befinner sig i kollagenkedjor.