2021年8月23日，客服中心反饋福建某附屬醫院的老師需要對其實驗現象進行機理分析，接到反饋后，測試工程師第一時間與客戶進行詳細溝通，情況如下：

客戶背景

客戶是福建某附屬醫院的老師，其進行實驗發現，氧等離子體處理后的鈦表面含有羥基，有機硅季銨鹽（ODDMAC）與羥基發生 反應后固定在鈦材料表面，想模擬隨著 ODDMAC 的增多，各分子間發生的相互作用，比如有 ODDMAC 與羥基的反應、ODDMAC 單體之間的自聚合、長碳鏈的卷曲折疊等等。想通過模擬計算方法，對實驗現象從理論上解釋，進而理論與實驗相結合，更加充分證明實驗的準確性和科學性。

樣品名稱

氧等離子體處理后的鈦表，有機硅季銨鹽（ODDMAC）

客戶需求

對 ODDMAC 在材料表面結合后引發材料相關性質的一系列改變，從微觀上做個解釋：

1. 氧等離子體處理后材料表面水接觸角變小（親水性增大），隨著 ODDMAC 的增多，水接觸角變大（親水性減小）。 

2. ODDMAC 中氨基為抗菌基團，長碳鏈也可以發揮一定的抗菌作用，但是隨著ODDMAC 的增多抗菌性減弱。 

3. 氧等離子體處理后材料表面對細胞的親和性升高，但是隨著 ODDMAC的增多對細胞的促進作用降低，甚至影響細胞的黏附和生長。

解決方案

1.構建模型：

根據不同的表面處理，分三組建模： 

1）ODDMAC：OH = 1：4； 

2）ODDMAC：OH = 2：8； 

3）ODDMAC：OH = 3：12

1.計算方法 

所有用于優化的自旋極化計算都是使用 VASP軟件包進行的。交換相關泛函由廣義梯度近似(GGA)中的 PBE泛函描述。采用項目增廣波(PAW)方法 5 處理核心電子，設置平面波基截止能量為 450 eV。此外，采用了三維軌道電子的“+U”Hubbard 校正，避免了自旋電子間斥力對 GGA 的考慮不足。Ti 金屬中心的 U 值為 2.58 eV。 

分子動力學運用 Material Studio 軟件進行，立場選擇 COMPASS；系綜 NVT；室溫（298K）下模擬 50 ps，每 500 步獲取一個結構，選擇最穩定結構進行研究分析。

2.理論結果 

親水性由動力學模擬結果的的水的數密度來討論（包含自聚對親水性的影響），數密度可以反應一個位置組分的相對濃度； 

關于 N 基團被覆蓋用徑向分布函數來表述；

抗菌性，計算 N+的 bader 電荷（帶電量），衡量抗菌性。

客戶反饋

客戶對模擬方向了解很少，我們依據客戶提供的信息，制定可行方案。模擬結果數據非常好，能夠很好契合客戶的實驗現象。實驗數據如下：

縱向（001）的水密度分布，（100，010方向的數據也在origin里，可自取），可以看到15?的地方水密度 1>2>3，而15?差不多就是所在的高度，可知ODDMAC越多，越疏水；3的水大多被集中到ODDMAC頂部去了（即35?附近），綜合體現1，2，3的疏水性程度3>2>1，符合預期。

對N來說，周圍的H2O分子分布距離，可以明顯看到3（藍線），N周圍的H2O出現概率明顯偏小。【縱坐標g（r）代表原子出現的平均概率，即N周圍出現H2O的概率】【橫坐標為N和H2O的距離】，與實驗設想的碳鏈卷曲包覆N可以一致。

含N基團帶正電量和抗菌性可以掛勾，即帶正電量越多 越能使細胞膜帶負電的細菌失活。由圖可知，1帶正電最多，證明其抗菌性最好，2和3 的抗菌性逐漸減弱，與前面計算結果及實驗結果吻合。