De los copos de nieve al cuarzo, Las estructuras cristalinas de la naturaleza se forman con un simetría sistémica. Investigadores de la Universidad de Drexel, que estudian la formación de materiales cristalinos, han demostrado que ahora es posible controlar cómo crecen los cristales, incluida la interrupción del crecimiento simétrico de cristales planos e inducirlos a formar esferas de cristal huecas. El descubrimiento es parte de un esfuerzo de diseño más amplio centrado en la encapsulación de medicamentos para tratamientos farmacológicos dirigidos.

El nuevo desarrollo, reportado recientemente en la revista científica Comunicaciones de la naturaleza , fue dirigido por Christopher Li, Doctor., profesor de la Facultad de Ingeniería de Drexel, cuya investigación en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales se ha centrado en la ingeniería de estructuras poliméricas para aplicaciones especiales, en colaboración con Bin Zhao, Doctor., profesor del Departamento de Química de la Universidad de Tennessee, Knoxville. Su trabajo muestra cómo estas estructuras, como esferas de cristal polimérico, se puede formar simplemente mezclando productos químicos en una solución, en lugar de manipular físicamente su crecimiento.

"La mayoría de los cristales crecen siguiendo un patrón regular, si piensas en copos de nieve, hay una simetría de traslación que guía a la celda unitaria repitiéndose a lo largo de la escama cristalina. Lo que hemos descubierto es una forma de manipular químicamente la estructura macromolecular para que esta simetría de traslación se rompa cuando la molécula cristalice. "Dijo Li." Esto significa que podemos controlar la forma general del cristal a medida que se forma, lo cual es un desarrollo muy emocionante, tanto por su importancia científica como por las implicaciones que podría tener para la producción masiva de terapias dirigidas ".

La técnica que utiliza Li para obligar a lo que normalmente sería un cristal en forma de escamas a formarse en una esfera se basa en su trabajo anterior con polímeros que parecen pinceles y cristales de polímero formados a partir de gotitas de emulsión. La incorporación de estos polímeros flexibles de "cepillo de botella" como el sistema estructural del cristal, permite que Li modele su crecimiento ajustando las "cerdas" del cepillo.

"Un polímero de cepillo de botella tiene cerdas de revestimiento que rodean una columna, lo que descubrimos es que podemos hacer que la columna se doble al cristalizar colocando cerdas a un lado de la misma, "Dijo Li." Esto establece el patrón que se repite a medida que el cristal crece, por lo que en lugar de volverse plano, se curva tridimensionalmente para formar una esfera ".

Esto significa que la cantidad de polímeros de cerdas en la solución determinará cuánto se dobla el lomo del cepillo de botella y, por lo tanto, la forma y el tamaño de la bola de cristal.

El equipo de Li también informa sobre cómo pausar la formación del cristal, dejando agujeros en la esfera que podrían ser útiles para insertar una carga útil medicinal durante el proceso de fabricación. Una vez lleno, se puede cerrar con polímeros adaptados para ayudar a dirigirlo a su objetivo en el cuerpo.

"Hemos estado trabajando para lograr este logro durante algún tiempo, "Dijo Li." Esta cristalografía esférica se manifiesta en estructuras robustas que vemos en la naturaleza, desde cáscaras de huevo hasta cápsides de virus, por eso creemos que es la forma ideal de sobrevivir a los rigores de administrar medicamentos en el cuerpo. Ser capaz de controlar las propiedades del cristal a medida que se forma es un paso importante hacia la realización de esta aplicación ".