ime -sekvens av representativa bilder från atomkraftmikroskopet, visar utfällning och påföljande omvandling av de preliminära vätskestegen på ytan av en enkristall av glutaminsyra-monohydrat. Den första bilden (t =0 minuter) registrerades fem minuter efter att den övermättade lösningen tillsattes. Fler bilder från vänster till höger efter ytterligare 3, 9, 15, 26, 31, 34, 37 och 47 minuter. Siktfältet är två till två mikrometer stort. De färgade cirklarna hjälper till att observera vad som händer med dropp på kristallytan (upplösning eller tillväxt av ett annat lager). Kredit:University of Konstanz
Detta kan avsevärt påskynda kristalltillväxt som är av stor betydelse i ett antal material och applikationer. Byggstenarnas flytande tillstånd i förstadiet kan också påskynda läkemedlets effektivitet. Resultaten har publicerats i det aktuella numret av den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation den 21 juni 2017.
Professor Coelfens forskargrupp använde ett atomkraftmikroskop för mätningarna i detta inledande skede. Bilderna som sålunda erhålls visar ljuspunkter som blir mörkare med tiden, och slutligen sammansmälta helt med kristallytan. Atomkraftsmikroskopet översätter ljusstyrka till höjd. Ju ljusare plats, desto högre komponent som sedan sprider sig tills den har nått kristallytans höjd. Det bildar nu ett nytt kristallskikt. Helmut Coelfen förklarar principen:"Om jag skapar ett nytt lager med atomer eller molekyler, Jag behöver många sådana. Om, dock, min lösning innehåller redan byggstenar, Jag kan lägga till många byggstenar till den avsedda byggarbetsplatsen på en gång. "
Förekomsten av dessa nanodroppar var känd redan före Konstanz-experimentet. De hittades för proteiner, som är mycket stora makromolekyler. Glutaminsyra, i kontrast, är en enda aminosyra, en mycket liten molekyl. Denna icke-klassiska tillväxt i sådana små molekyler observerades för första gången. liksom den lyckade mätningen. Strängt talat, det flytande tillståndet har ännu inte bevisats, men slutas från byggstenarnas egendom på kristallytan. "Vi tror att det måste vara vätskor, annars sprider sig nanodropparna inte på det sättet ", säger Helmut Coelfen.
Om glutaminsyra använder denna mekanism för flytande inledande stadier för att växa, detta kan också gälla andra molekyler. Helmut Coelfen har särskilt nya formuleringar för aktiva ämnen i läkemedel i åtanke. Eftersom vätskor löser sig snabbare än fasta ämnen, sådana läkemedel skulle bli effektivare mycket snabbare. Experimentet från Coelfen -forskargruppen kan också mäta i vilken takt skikten växer och därmed beräkna hur många byggstenar vätskan innehåller. "Detta bidrar till en grundläggande förståelse för kristalltillväxt", säger Coelfen. Avvikelser från förväntad kristalltillväxt kan också förklaras genom denna observation.
Nya fysikalisk-kemiska teorier om kristalltillväxt måste nu utvecklas för att teoretiskt beskriva den empiriska observationen av det flytande förstadiet. De avgörande frågorna är:Var kommer dessa små byggstenar ifrån? Varför blir de flytande? Och varför kan de skapa ett kristallskikt? Helmut Coelfens forskargrupp har tillhandahållit experimentmaterialet för den kommande teorin.
