Forbedring af krystalvækst ved hjælp af polyelektrolytopløsninger og forskydningsflow

Processen med at undersøge karakteristika for lægemiddelkandidater grundigt er afgørende for at opnå institutionelle godkendelser af nye lægemidler, for hvilke der kræves krystallografiske data af høj kvalitet. Ja, at dyrke store krystaller af god kvalitet fra forskellige stoffer tjener et særligt formål for sådanne processer og analyser. En nylig undersøgelse, tilknyttet UNIST har introduceret en ny krystalvækstmetode, hvilket øger krystalvæksten 10 gange hurtigere end gennemsnittet.

Et internationalt fælles forskerhold ledet af den fremtrædende professor Bartosz Grzybowski (School of Natural Science) har vist, at i nærværelse af polymerer (helst, polyioniske væsker), krystaller af forskellige typer vokser i almindelige opløsningsmidler, ved konstant temperatur, meget større og meget hurtigere ved omrøring, frem for at holde sig stille. Dette vælter ideen om, at mekaniske forstyrrelser, såsom stød, hvirvlende, eller vibrationer, forstyrre produktionen af ​​store krystaller af god kvalitet.

Krystallisationsmetoden begynder typisk med dannelsen af ​​højkvalitets frøkrystaller, der vil blive brugt til at dyrke store enkeltkrystaller. Dermed, at producere krystaller af god kvalitet af en passende størrelse er det vigtigste trin i hele krystalstrukturprocessen. For hurtigere at opnå krystaller af korrekt størrelse og god kvalitet, det er vigtigt at lette ostwald-modningen, processen med opløsning af mindre partikler og vækst af større partikler på bekostning af de mindre partikler. Det er almindeligt kendt, at mekanisk forstyrrelse af krystalvækstkarret kan resultere i et stort antal meget små krystaller, i stedet for et lille antal store. Det her, derefter, hæmmer væksten af ​​store enkeltkrystaller.

Imidlertid, forskerholdet observerede et modsat fænomen i vækstløsningen, indeholdende polyioniske væsker. Det antages generelt, at dyrkning af store krystaller kun er muligt i uforstyrret opløsning, og således at opnå store krystaller ved kraftig omrøring virkede unormalt. Yderligere undersøgelser viste, at i nærvær af polyioniske væsker, omrøring kunne øge væksten af ​​krystaller fra forskellige stoffer, herunder forskellige organiske molekyler, uorganiske salte, metal-organiske komplekser, og nogle proteiner.

For bedre at forstå mekanismen, forskerholdet udførte en række krystalliseringseksperimenter med anvendelse af en omrøringsmetode til vækstopløsning, indeholdende polyionisk væske. Deres resultater viste, at den hastighed, hvormed den gennemsnitlige krystalstørrelse voksede med tiden, var mindst en størrelsesorden hurtigere end den typiske ostwald-modning. Udover, væksthastigheden var proportional med omrøringshastigheden og med længden af ​​polymerkædemolekyler.

Der blev i alt testet omkring 20 forskellige stoffer, giver krystaller meget hurtigere end ved konventionelle krystalvækstmetoder. "Vigtigt, sammenlignet med konventionelt dyrkede krystaller, denne vækstacceleration udført ved omrøring i nærværelse af polyionisk væske var ikke skadelig for krystalkvaliteten, som vurderet ved krystallografisk kvalitet af røntgendiffraktionsmønstre, " ifølge forskerholdet. Deres resultater fik betydelig opmærksomhed fra akademikere, som en mekanisme til at fremme krystallisering via et nyt fysisk fænomen frem for den eksisterende Ostwald-modning.

"Dette lukkede system, konstant temperatur krystallisation drevet af forskydning kunne være en værdifuld tilføjelse til repertoiret af krystalvækstteknikker, muliggør accelereret vækst af krystaller, som kræves af materiale- og medicinalindustrien, " siger den ærede professor Grzybowski.