Figur 1. Schema för den förmodade mekanismen:polymeren (blå) och den kristalliserande substansen (grön) tävlar om delat lösningsmedel (grå). När skjuvflöde saknas (vänster), mängden lösningsmedel som är tillräcklig för att solvatisera den intrasslade polymeren är lägre än den för att solvatisera polymeren som lösgörs av skjuvflöde (höger). Den lösgörande polymeren "stjäl" detta ytterligare lösningsmedel från det kristalliserande ämnets molekyler, vilket får dessa molekyler att fästa vid den närliggande kristallen (den lila pilen i båda panelerna pekar på samma partikel). Orange pilar illustrerar vektorfältet för vätskehastighet i fallet med ett medelskjuvflöde. Kredit:Distinguished Professor Bartosz Grzybowski, UNIST
Processen att noggrant undersöka egenskaper hos läkemedelskandidater är väsentlig för att erhålla institutionella godkännanden av nya läkemedel för vilka högkvalitativa kristallografiska data krävs. Verkligen, Att odla stora kristaller av god kvalitet från olika ämnen tjänar ett särskilt syfte för sådana processer och analyser. En nyligen genomförd studie, knuten till UNIST har introducerat en ny metod för kristalltillväxt, vilket ökar kristalltillväxten 10 gånger snabbare än genomsnittet.
En internationell gemensam forskargrupp ledd av den framstående professor Bartosz Grzybowski (School of Natural Science) har visat att i närvaro av polymerer (företrädesvis, polyjoniska vätskor), kristaller av olika slag växer i vanliga lösningsmedel, vid konstant temperatur, mycket större och mycket snabbare när du rör om, snarare än att hållas stilla. Detta kullkastar tanken att mekaniska störningar, som att stöta, virvlande, eller vibrationer, störa produktionen av stora och goda kristaller.
Kristalliseringsmetoden börjar vanligtvis med bildandet av högkvalitativa frökristaller som kommer att användas för att odla stora enkristaller. Således, Att producera kristaller av god kvalitet av lämplig storlek är det viktigaste steget i hela kristallstrukturprocessen. För att snabbare få kristaller av rätt storlek och god kvalitet, det är viktigt att underlätta ostwald-mognaden, processen för upplösning av mindre partiklar och tillväxt av större partiklar på bekostnad av de mindre partiklarna. Det är allmänt känt att mekanisk störning av kristalltillväxtkärlet kan resultera i ett stort antal mycket små kristaller, istället för ett litet antal stora. Detta, sedan, hindrar tillväxten av stora enkristaller.
Figur 2. Skjuvningsförstärkt tillväxt av TA-kristaller i närvaro av en jonisk polymer. Kredit:Distinguished Professor Bartosz Grzybowski, UNIST
Dock, forskargruppen observerade ett motsatt fenomen i tillväxtlösningen, innehållande polyjoniska vätskor. Det anses allmänt att växande stora kristaller endast är möjligt i ostörd lösning, och att på så sätt erhålla stora kristaller genom kraftig omrörning verkade onormalt. Ytterligare undersökningar visade att i närvaro av polyjoniska vätskor, omrörning kan öka tillväxten av kristaller från olika ämnen, inklusive olika organiska molekyler, oorganiska salter, metall-organiska komplex, och några proteiner.
För att bättre förstå mekanismen, forskargruppen utförde en serie kristalliseringsexperiment med tillämpning av en omrörningsmetod för tillväxtlösning, innehållande polyjonisk vätska. Deras resultat visade att hastigheten med vilken den genomsnittliga kristallstorleken växte med tiden var åtminstone en storleksordning snabbare än den typiska mognadshastigheten för Ostwald. Förutom, tillväxthastigheten var proportionell mot omrörningshastigheten och på längden av polymerkedjemolekyler.
Totalt testades cirka 20 olika ämnen, ger kristaller mycket snabbare än med konventionella kristalltillväxtmetoder. "Viktigt, jämfört med konventionellt odlade kristaller, denna tillväxtacceleration som åstadkoms genom omrörning i närvaro av polyjonisk vätska var inte skadlig för kristallkvaliteten, som utvärderats av kristallografisk kvalitet av röntgendiffraktionsmönster, " enligt forskargruppen. Deras resultat fick stor uppmärksamhet från akademiker, som en mekanism för att främja kristallisation via ett nytt fysiskt fenomen snarare än den befintliga Ostwald-mognaden.
"Detta slutna system, konstant temperatur kristallisation driven av skjuvning kan vara ett värdefullt tillägg till repertoaren av kristalltillväxttekniker, möjliggör accelererad tillväxt av kristaller som krävs av material- och läkemedelsindustrin, " säger Distinguished Professor Grzybowski.
