Профессор Джеффри Ример из Университета Хьюстона продемонстрировал, как можно изгибать и скручивать кристаллы без физического воздействия — без касания, тыканья, нагрева или радиации, которые обычно требуются для изменения формы.
Вместо этого он использует молекулу, называемую таутомером, которая выполняет всю работу, вызывая изгиб и скручивание биогенных кристаллов. В мире кристаллов таутомеры — это подвижные молекулы, способные перемещать свои атомы.
Водородный атом может оказаться в одном месте, а затем переместиться в другое, в то время как другие атомы смещаются.
Одно из фармацевтических применений, где это будет иметь потенциальное значение, — это доставка лекарств, где примерно 30 из 200 ведущих препаратов являются таутомерами.
«Здесь мы представляем уникальный случай естественного изгиба без применения внешних сил», — сообщает Ример в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Работа Римера была выполнена в Центре кристаллизации передовых биоактивных материалов Welch при Университете Хьюстона.
«Это механистическое исследование показывает, как таутомеризм вызывает контролируемый, естественный изгиб и скручивание благодаря малому таутомеру, который является модификатором роста и вызывает дефекты в кристаллической структуре (например, двойники, винтовые и краевые дислокации), что приводит к макроскопическим эффектам на свойства материала», — сказал Ример.
Понимание и использование гибкости материалов посредством таких явлений, как изгиб и скручивание молекулярных кристаллов, стало предметом повышенного интереса из-за количества приложений, которые выигрывают от этих свойств, таких как оптоэлектроника, мягкая робототехника, интеллектуальные датчики и фармацевтика.
«Мы показали, что изгиб приводит к физическим деформациям, которые влияют на растворение, что может повлиять на фармакокинетику при доставке активных фармацевтических ингредиентов», — сказал Ример.
В своей работе команда Римера показала, что степень кривизны можно регулировать на основе разумного выбора условий роста. Для характеристики происхождения изгиба использовалась комбинация современных методов микроскопии и спектроскопии.
«Наши результаты дают более глубокое понимание дефектов, генерируемых во время патологической кристаллизации таутомерного материала, и того, как это явление может привести к уникальным изогнутым, скрученным и дендритным морфологиям, наблюдаемым как в биологических, так и в синтетических материалах», — сказал Ример. «Способность избирательно контролировать это поведение открывает широкие возможности для инженерии кристаллов».
Коллеги Римера по проекту — Вэйвэй Тан из Университета Хьюстона, Тамин Ян из Стокгольмского университета и Цин Ту из Техасского университета A&M.
Предоставлено Университетом Хьюстона.