p O vidro fosfato é um composto versátil que tem gerado interesse pelo seu uso em células a combustível e como biomateriais para fornecimento de íons terapêuticos. P ₂ O ₅ - o composto que forma a rede estrutural do vidro de fosfato - é feito de fósforo, um elemento que pode adotar muitas configurações de ligação diferentes em combinação com o oxigênio. p As propriedades físico-químicas cruciais para a aplicabilidade do vidro fosfato na vida real - por exemplo, a reação de hidratação que dita a rapidez com que um biomaterial à base de vidro de fosfato se dissolve dentro do corpo - depende da difusão dos íons no vidro. Assim, para melhorar as propriedades físico-químicas dos vidros de fosfato, é importante entender a relação entre a estrutura e a difusão de íons. Contudo, estudar essas interações em nível atômico é extremamente difícil, levando os cientistas a buscar uma abordagem adequada para iluminar os detalhes do processo de difusão de íons.

p Recentemente, uma equipe de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Nagoya, Japão, liderado pelo Dr. Tomoyuki Tamura, teoricamente decifrou o mecanismo de difusão de íons envolvido no processo de reação de hidratação dos vidros de fosfato. Seu estudo foi publicado no Físico Química Física Química Diário.

p Em P totalmente conectado ₂ O ₅ à base de vidro fosfato, três dos átomos de oxigênio em cada unidade de fosfato estão ligados aos átomos de fósforo vizinhos. Para estudar a dinâmica dos íons no vidro de fosfato durante o processo de hidratação, os pesquisadores usaram um modelo feito de fosfatos com QP ² e QP ³ morfologias, que contêm dois e três oxigênios de ponte por PO ₄ tetraedro, respectivamente, junto com seis estruturas de silício coordenadas.

p Os pesquisadores implementaram uma abordagem teórica computacional conhecida como "simulação de dinâmica molecular (MD) de primeiros princípios" para investigar a difusão de prótons e íons de sódio no vidro. Explicando a justificativa para sua abordagem não convencional, Dr. Tamura diz, "A simulação de primeiros princípios MD nos permitiu assumir o estágio inicial de infiltração e difusão da água no vidro de silicofosfato e elucidar a difusão de prótons e íons inorgânicos pela primeira vez."

p Com base em sua observação, os pesquisadores propuseram um mecanismo em que os prótons "saltam" e são adsorvidos no oxigênio sem ponte ou átomo de oxigênio "pendente" de fosfatos próximos por meio de ligações de hidrogênio. Contudo, no modelo de vidro fosfato que eles usaram, o QP ² unidades de fosfato contribuíram mais fortemente para a difusão de prótons do que o QP ³ unidades de fosfato. Assim, eles descobriram que a morfologia da estrutura da rede de fosfato, ou o "esqueleto" do vidro, afeta grandemente a difusão de íons. Eles também notaram que quando um íon sódio estava presente nas proximidades, a adsorção de um próton em um QP ² unidade de fosfato enfraqueceu a interação eletrostática entre os íons de sódio e oxigênio, induzindo a difusão em cadeia de íons de sódio.

p A demanda por novos biomateriais para prevenção e tratamento eficazes está em ascensão, e os vidros de fosfato estão bem posicionados para atender a essa necessidade crescente. Uma grande proporção da população, compreendendo idosos e jovens, sofre de doenças relacionadas à fraqueza óssea e muscular. Como o Dr. Tamura supõe, "O vidro de silicofosfato solúvel em água é um candidato promissor para o fornecimento de drogas ou íons inorgânicos que promovem a regeneração do tecido, e nosso estudo leva a pesquisa em tecnologia de vidro um passo mais perto de alcançar o objetivo. "

p Assim, os novos insights dos pesquisadores estão fadados a ter um impacto profundo na vida real e levar a avanços na pesquisa em células de combustível e materiais bioabsorvíveis.