First-principles investigation on calcium phosphate crystals modified by organic molecules

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18818
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: Matsunaga Katsuyuki 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (20334310)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2023-03-31
• Keywords: 電子状態計算 / バイオセラミックス / 無機有機界面

Outline of Final Research Achievements

In this study, first-principles calculations were performed to investigate stable electronic and atomic structures of octacalcium phosphate crystals modified by succinic aid ions. It was found that the most stable atomic structure without consideration of water cannot explain the experimental data successfully whereas the one considering water agrees well with experiment. The obtained atomic structure showed that the succinic acid ions tend to have more chemical bonds with calcium ions in the octacalcium phosphate crystals. This indicates importance of the interfacial ionic bonds between the succinic acid ions and the apatite layers of the host crystals.

Free Research Field

計算材料科学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

最近のリン酸カルシウム系バイオセラミックスの研究開発では、リン酸カルシウム単体としてではなく、機能性有機分子との複合化が一つのトレンドである。しかし、これに関する電子・原子レベルの知見はほとんどなかった。本研究から、複雑な生体材料構造を計算科学により解明することが可能となった。生体材料研究の新しいアプローチとして、今後の研究開発に応用されていくことが期待される。