Forskare från MIPT och ITMO University och deras kollegor har studerat bildandet och tillväxten av kristaller från enkla organiska molekyler till stora föreningar. Dessa experiment kommer att hjälpa till att skapa kapslar för riktad läkemedelsleverans till specifika vävnader i människokroppen. Den vetenskapliga artikeln publicerades i tidskriften Kristalltillväxt &Design .

Melamincyanurat består av färglösa melaminkristaller och cyanursyra, vars molekyler associeras på liknande sätt som DNA-bildning. Studier associerade med det kan vara användbara för att utveckla tekniker för att introducera läkemedel i kristaller med liknande struktur. Detta kommer att göra det möjligt för forskare att utföra experiment på riktad läkemedelsleverans, en teknik som i framtiden kommer att tillåta läkemedel att gå direkt till mål, dvs. specifika organvävnader, snarare än att fördelas över hela kroppen.

Dock, det finns fortfarande många frågor om mekanismen för molekylär organisation vid olika stadier av kristalltillväxt.

"Vårt gemensamma arbete handlar om en intressant effekt:Genom att variera förhållandet mellan de initiala komponenterna, det är möjligt att reglera bildningsprocessen och utseendet på melamincyanuratkristallen, " säger Aleksandra Timralieva, medförfattare till studien och curator för utbildningsprogram vid Infochemistry Scientific Center vid ITMO University, "Vi tittade på bildandet av ett supramolekylärt komplex av melamincyanurat. Dess bildning beror direkt på den lokala koncentrationen av komponenterna. Det visade sig att det är kontrollen av proportionerna som gör att vi kan kontrollera tillväxten av kristaller och införa andra ämnen i dem."

De huvudsakliga beräkningarna gjordes av MIPT-forskare.

"En av huvudaktiviteterna i vårt laboratorium vid MIPT är simulering av molekylär dynamik, ett tillvägagångssätt som tillåter oss att numeriskt beskriva och förutsäga beteendet hos varje enskild atom i vissa, vanligtvis mycket liten, volym av materia. Ur beräkningssynpunkt, sådana metoder är extremt resurskrävande och kräver högpresterande maskiner som samtidigt kan använda hundratals och ibland tusentals individuella processorer för att lösa ett enda problem, " förklarar Nikita Orekhov, biträdande chef för Laboratory of Supercomputing Methods in Condensed Matter Physics vid MIPT. "I det här arbetet, beväpnad med en av dessa superdatorer, vi har försökt ta reda på vilka typer av intermolekylära interaktioner som är ansvariga för bildandet av den primära melamincyanuratkärnan i vattenlösning, den nanoskaliga gruppen av molekyler som kristallen senare kommer att växa ur. I våra framtida studier, dessa data kommer att vara användbara för en mer detaljerad förståelse av de processer som sker under bildandet av melamincyanuratskal eller närbesläktade supramolekylära komplex runt de bioorganiska molekylerna av intresse."

Den experimentella delen ägde rum i laboratorierna i Infochemistry Scientific Center vid ITMO University. Forskarna studerade hur en förändring i koncentrationen av en av de två komponenterna påverkar bildningen av melamincyanurat.

"Vi planerar att genomföra modelltester med många organiska molekyler, till exempel med antibiotika som tetracyklin, " förklarar Alexandra Timralieva. "Flera supramolekylära strukturer, speciellt melamincyanurat, är mycket lika i sin bildning till hur DNA bildas. Om vi ​​kan förstå kontrollen av bildandet av dessa strukturer, då kan vi gå in i riket av kemin av livets ursprung. De första stegen har redan tagits."