Le verre phosphate est un composé polyvalent qui a suscité un intérêt pour son utilisation dans les piles à combustible et comme biomatériaux pour la fourniture d'ions thérapeutiques. P 2 O 5 —le composé qui forme le réseau structurel du verre phosphaté—est constitué de phosphore, un élément qui peut adopter de nombreuses configurations de liaison différentes en combinaison avec de l'oxygène.

Les propriétés physico-chimiques cruciales pour l'applicabilité réelle du verre de phosphate, par exemple, la réaction d'hydratation dictant la vitesse à laquelle un biomatériau à base de verre phosphate se dissoudra à l'intérieur du corps - dépend de la diffusion des ions dans le verre. Ainsi, améliorer les propriétés physico-chimiques des verres phosphatés, il est important de comprendre la relation entre la structure et la diffusion des ions. Cependant, étudier de telles interactions au niveau atomique est extrêmement difficile, incitant les scientifiques à rechercher une approche appropriée pour éclairer les détails du processus de diffusion des ions.

Récemment, une équipe de chercheurs du Nagoya Institute of Technology, Japon, dirigé par le Dr Tomoyuki Tamura, a théoriquement déchiffré le mécanisme de diffusion des ions impliqué dans le processus de réaction d'hydratation des verres de phosphate. Leur étude a été publiée dans le Chimie Physique Physique Chimique journal.

En P entièrement connecté 2 O 5 -à base de verre phosphaté, trois des atomes d'oxygène dans chaque unité de phosphate sont liés à des atomes de phosphore voisins. Pour étudier la dynamique des ions dans le verre de phosphate pendant le processus d'hydratation, les chercheurs ont utilisé un modèle fait de phosphates avec QP ² et QP ³ morphologies, qui contiennent deux et trois oxygènes de pontage par PO 4 tétraèdre, respectivement, ainsi que six structures de silicium coordonnées.

Les chercheurs ont mis en œuvre une approche informatique théorique connue sous le nom de « simulation de la dynamique moléculaire (MD) des premiers principes ») pour étudier la diffusion des ions protons et sodium dans le verre. Expliquer la justification de leur approche non conventionnelle, Le Dr Tamura dit, "La simulation MD des premiers principes nous a permis d'assumer l'étape initiale d'infiltration et de diffusion de l'eau dans le verre de silicophosphate et d'élucider la diffusion des protons et des ions inorganiques pour la première fois."

Sur la base de leur observation, les chercheurs ont proposé un mécanisme dans lequel les protons "sautent" et sont adsorbés sur l'oxygène non pontant ou l'atome d'oxygène "pendant" des phosphates voisins par le biais de liaisons hydrogène. Cependant, dans le modèle en verre phosphaté qu'ils ont utilisé, le QP ² les unités de phosphate ont contribué plus fortement à la diffusion des protons que le QP ³ unités de phosphate. Ainsi, ils ont trouvé que la morphologie de la structure du réseau phosphate, ou le "squelette" du verre, affecte grandement la diffusion des ions. Ils ont également remarqué que lorsqu'un ion sodium était présent à proximité, l'adsorption d'un proton sur un QP ² unité de phosphate affaibli l'interaction électrostatique entre les ions sodium et oxygène, induisant la diffusion en chaîne des ions sodium.

La demande de nouveaux biomatériaux pour une prévention et un traitement efficaces est en augmentation, et les verres de phosphate sont bien placés pour répondre à ce besoin croissant. Une grande partie de la population, composé à la fois de personnes âgées et de jeunes, souffre de maladies liées à des faiblesses osseuses et musculaires. Comme le suppose le Dr Tamura, « Le verre silicophosphate hydrosoluble est un candidat prometteur pour fournir des médicaments ou des ions inorganiques qui favorisent la régénération tissulaire, et notre étude rapproche la recherche sur la technologie du verre d'un pas vers la réalisation de l'objectif."

Ainsi, les nouvelles connaissances des chercheurs auront forcément un impact profond sur la vie réelle et conduiront à des percées dans la recherche sur les piles à combustible et les matériaux biorésorbables.