Les chercheurs de Drexel ont découvert que l'emballage de plus de "poils" de polymère sur un polymère de goupillon moléculaire le fait se plier, qui est le fondement de la croissance cristalline sphérique. Crédit :Université Drexel
Des flocons de neige au quartz, les structures cristallines de la nature se forment avec une fiabilité, symétrie systémique. Chercheurs de l'Université Drexel, qui étudient la formation des matériaux cristallins, ont montré qu'il est désormais possible de contrôler la croissance des cristaux, notamment en interrompant la croissance symétrique des cristaux plats et en les incitant à former des sphères de cristal creuses. La découverte fait partie d'un effort de conception plus large axé sur l'encapsulation de médicaments pour des traitements médicamenteux ciblés.
Le nouveau développement, récemment rapporté dans la revue scientifique Communication Nature , était dirigé par Christopher Li, Doctorat., professeur au Drexel's College of Engineering dont les recherches au Département des sciences et de l'ingénierie des matériaux se sont concentrées sur l'ingénierie des structures en polymère pour des applications spéciales, en collaboration avec Bin Zhao, Doctorat., professeur au département de chimie de l'université du Tennessee, Knoxville. Leurs travaux montrent comment ces structures, comme des sphères de cristal polymère, peut être formé simplement en mélangeant des produits chimiques dans une solution, plutôt que de manipuler physiquement leur croissance.
"La plupart des cristaux se développent de manière régulière, si vous pensez aux flocons de neige, il y a une symétrie de translation qui guide la répétition de la maille unitaire tout au long du flocon cristallin. Ce que nous avons découvert est un moyen de manipuler chimiquement la structure macromoléculaire afin que cette symétrie translationnelle soit brisée lorsque la molécule cristallise, " a déclaré Li. " Cela signifie que nous pouvons contrôler la forme globale du cristal au fur et à mesure qu'il se forme, ce qui est un développement très excitant, à la fois pour son importance scientifique et les implications qu'elle pourrait avoir pour la production de masse de thérapies ciblées. »
La technique utilisée par Li pour obliger ce qui serait normalement un cristal en forme de flocon à se dessiner en une sphère s'appuie sur ses travaux antérieurs avec des polymères qui ressemblent à des brosses et des cristaux de polymère formés à partir de gouttelettes d'émulsion. Incorporant ces polymères souples "pinceau" comme système structurel du cristal, permet à Li de façonner sa croissance en ajustant les « poils » de la brosse.
En ajoutant plus de "poils" polymères aux polymères de goupillons (à gauche), les chercheurs ont découvert un moyen d'initier et de suspendre l'auto-assemblage de cristaux à partir d'une solution. Les cristaux pourraient un jour être utilisés pour encapsuler des médicaments pour des thérapies médicamenteuses ciblées. Crédit :Université Drexel
"Un polymère de goupillon a des poils de doublure entourant une colonne vertébrale, ce que nous avons découvert, c'est que nous pouvons faire plier cette colonne vertébrale lors de la cristallisation en plaçant des poils sur un côté de celle-ci, ", a déclaré Li. "Cela définit le motif qui se répète à mesure que le cristal grandit. Ainsi, au lieu de s'aplatir, il se courbe en trois dimensions pour former une sphère."
Cela signifie que la quantité de polymères de poils dans la solution déterminera à quel point la colonne vertébrale du goupillon se pliera et donc la forme et la taille de la boule de cristal.
L'équipe de Li explique également comment interrompre la formation du cristal, laissant des trous dans la sphère qui pourraient être utiles pour insérer une charge utile médicinale pendant le processus de fabrication. Une fois rempli, il peut être fermé avec des polymères adaptés pour aider à le diriger vers sa cible dans le corps.
« Nous travaillons à cette réalisation depuis un certain temps, " a déclaré Li. " Cette cristallographie sphérique se manifeste par des structures robustes que nous voyons dans la nature, des coquilles d'œufs aux capsides de virus, nous pensons donc que c'est la forme idéale pour survivre aux rigueurs de l'administration de médicaments dans le corps. Être capable de contrôler les propriétés du cristal au fur et à mesure qu'il se forme est une étape importante vers la réalisation de cette application."
