El vidrio fosfato es un compuesto versátil que ha generado interés por su uso en pilas de combustible y como biomateriales para el suministro de iones terapéuticos. PAG ₂ O ₅ —El compuesto que forma la red estructural del vidrio de fosfato— está formado por fósforo, un elemento que puede adoptar muchas configuraciones de unión diferentes en combinación con oxígeno.

Las propiedades fisicoquímicas cruciales para la aplicabilidad en la vida real del vidrio de fosfato, por ejemplo, la reacción de hidratación que dicta la rapidez con la que un biomaterial de fosfato a base de vidrio se disolverá dentro del cuerpo, depende de la difusión de iones en el vidrio. Por lo tanto, para mejorar las propiedades fisicoquímicas de los vidrios de fosfato, es importante comprender la relación entre la estructura y la difusión de iones. Sin embargo, estudiar tales interacciones a nivel atómico es extremadamente difícil, incitando a los científicos a buscar un enfoque adecuado para iluminar los detalles del proceso de difusión de iones.

Recientemente, un equipo de investigadores del Instituto de Tecnología de Nagoya, Japón, dirigido por el Dr. Tomoyuki Tamura, teóricamente ha descifrado el mecanismo de difusión de iones implicado en el proceso de reacción de hidratación de los vidrios de fosfato. Su estudio ha sido publicado en la Física Química Física Química diario.

En P completamente conectado ₂ O ₅ -vidrio de fosfato a base de tres de los átomos de oxígeno en cada unidad de fosfato están unidos a átomos de fósforo vecinos. Estudiar la dinámica de los iones en el vidrio de fosfato durante el proceso de hidratación, los investigadores utilizaron un modelo hecho de fosfatos con QP ² y QP ³ morfologías, que contienen dos y tres oxígenos puente por PO ₄ tetraedro respectivamente, junto con seis estructuras de silicio coordinadas.

Los investigadores implementaron un enfoque computacional teórico conocido como "simulación de dinámica molecular (MD) de primeros principios" para investigar la difusión de iones de protones y sodio en el vidrio. Explicando el fundamento de su enfoque poco convencional, El Dr. Tamura dice:"La simulación MD de primeros principios nos permitió asumir la etapa inicial de infiltración y difusión del agua en el vidrio de silicofosfato y dilucidar la difusión de protones e iones inorgánicos por primera vez".

Basado en su observación, los investigadores propusieron un mecanismo en el que los protones "saltan" y se adsorben en el oxígeno que no forma puentes o en el átomo de oxígeno "colgando" de los fosfatos cercanos a través de enlaces de hidrógeno. Sin embargo, en el modelo de vidrio de fosfato que usaron, el QP ² Las unidades de fosfato contribuyeron más fuertemente a la difusión de protones que el QP. ³ unidades de fosfato. Por lo tanto, encontraron que la morfología de la estructura de la red de fosfato, o el "esqueleto" del cristal, afecta en gran medida la difusión de iones. También notaron que cuando un ion de sodio estaba presente en las cercanías, la adsorción de un protón en un QP ² La unidad de fosfato debilitó la interacción electrostática entre los iones de sodio y oxígeno, inducir la difusión en cadena de los iones de sodio.

La demanda de nuevos biomateriales para la prevención y el tratamiento eficaces está aumentando, y los vasos de fosfato están bien preparados para satisfacer esta creciente necesidad. Una gran proporción de la población, compuesto tanto por personas mayores como por jóvenes, sufre de enfermedades relacionadas con debilidades óseas y musculares. Como conjetura el Dr. Tamura, "El vidrio de silicofosfato soluble en agua es un candidato prometedor para suministrar medicamentos o iones inorgánicos que promueven la regeneración de tejidos, y nuestro estudio lleva la investigación en tecnología del vidrio un paso más hacia la realización del objetivo ".

Por lo tanto, Los nuevos conocimientos de los investigadores seguramente tendrán un profundo impacto en la vida real y conducirán a avances en la investigación sobre pilas de combustible y materiales biorreabsorbibles.