Figura 1. Esquema del mecanismo conjeturado:el polímero (azul) y la sustancia cristalizante (verde) compiten por el disolvente compartido (gris). Cuando el flujo de cizallamiento está ausente (izquierda), la cantidad de disolvente suficiente para solvatar el polímero entrelazado es menor que para solvatar el polímero desenredado por flujo de cizallamiento (derecha). El polímero desenredante "roba" este disolvente adicional de las moléculas de la sustancia cristalizante, haciendo que estas moléculas se adhieran al cristal cercano (la flecha púrpura en ambos paneles apunta a la misma partícula). Las flechas naranjas ilustran el campo vectorial de la velocidad del fluido en el caso de un flujo cortante medio. Crédito:Distinguido profesor Bartosz Grzybowski, UNISTA
El proceso de examinar minuciosamente las características de los fármacos candidatos es esencial para obtener las aprobaciones institucionales de nuevos fármacos para los que se requieren datos cristalográficos de alta calidad. En efecto, El cultivo de grandes cristales de buena calidad a partir de diversas sustancias tiene un propósito particular para tales procesos y análisis. Un estudio reciente, afiliado a UNIST ha introducido un nuevo método de crecimiento de cristales, lo que mejora el crecimiento de los cristales 10 veces más rápido que el promedio.
Un equipo de investigación conjunto internacional dirigido por el distinguido profesor Bartosz Grzybowski (Escuela de Ciencias Naturales) ha demostrado que en presencia de polímeros (preferiblemente, líquidos poliiónicos), cristales de varios tipos crecen en disolventes comunes, a temperatura constante, mucho más grande y mucho más rápido cuando se agita, en lugar de quedarse quieto. Esto anula la idea de que las perturbaciones mecánicas, como chocar, remolino o vibraciones, interferir con la producción de cristales grandes y de buena calidad.
El método de cristalización generalmente comienza con la formación de cristales semilla de alta calidad que se utilizarán para hacer crecer cristales individuales grandes. Por lo tanto, producir cristales de buena calidad de un tamaño adecuado es el paso más importante en todo el proceso de estructura cristalina. Para obtener cristales del tamaño adecuado y de buena calidad más rápidamente, es importante facilitar la maduración de Ostwald, el proceso de disolución de partículas más pequeñas y el crecimiento de partículas más grandes a expensas de las partículas más pequeñas. Es de conocimiento común que la alteración mecánica del vaso de crecimiento de cristales puede resultar en una gran cantidad de cristales muy pequeños, en lugar de un pequeño número de grandes. Esta, luego, obstaculiza el crecimiento de grandes monocristales.
Figura 2. Crecimiento potenciado por cizallamiento de cristales de TA en presencia de un polímero iónico. Crédito:Distinguido profesor Bartosz Grzybowski, UNISTA
Sin embargo, el equipo de investigación observó un fenómeno opuesto en la solución de crecimiento, que contienen líquidos poliiónicos. En general, se piensa que el crecimiento de cristales grandes solo es posible en una solución inalterada, y así la obtención de cristales grandes mediante agitación vigorosa parecía anormal. Investigaciones posteriores mostraron que en presencia de líquidos poliiónicos, la agitación podría mejorar el crecimiento de cristales de diversas sustancias, incluyendo diversas moléculas orgánicas, sales inorgánicas, complejos organometálicos, y algunas proteínas.
Para comprender mejor el mecanismo, el equipo de investigación realizó una serie de experimentos de cristalización con la aplicación de un método de agitación a la solución de crecimiento, que contiene líquido poliiónico. Sus resultados mostraron que la velocidad a la que el tamaño medio de los cristales crecía con el tiempo era al menos un orden de magnitud más rápido que las velocidades típicas de maduración de Ostwald. Además, la tasa de crecimiento fue proporcional a la velocidad de agitación y a la longitud de las moléculas de la cadena de polímero.
Se probaron aproximadamente 20 sustancias diferentes en total, produciendo cristales mucho más rápido que con los métodos convencionales de crecimiento de cristales. "En tono rimbombante, en comparación con los cristales cultivados convencionalmente, esta aceleración del crecimiento efectuada por agitación en presencia de líquido poliiónico no fue perjudicial para la calidad del cristal, según la evaluación de la calidad cristalográfica de los patrones de difracción de rayos X, "según el equipo de investigación. Sus hallazgos recibieron una atención considerable por parte de los académicos, como un mecanismo para promover la cristalización a través de un nuevo fenómeno físico en lugar de la maduración de Ostwald existente.
"Este sistema cerrado, La cristalización a temperatura constante impulsada por cizallamiento podría ser una valiosa adición al repertorio de técnicas de crecimiento de cristales, permitir el crecimiento acelerado de los cristales requeridos por las industrias de materiales y farmacéutica, "dice el distinguido profesor Grzybowski.
