Une équipe de chercheurs de l'Université de Manchester a démontré que les propriétés de surface du graphène peuvent être utilisées pour contrôler la structure des cristaux organiques obtenus à partir d'une solution.

Les structures cristallines organiques peuvent être trouvées dans un grand nombre de produits, comme la nourriture, explosifs, pigments de couleur et produits pharmaceutiques. Cependant, les cristaux organiques peuvent se présenter sous différentes structures, appelés polymorphes :chacune de ces formes a des propriétés physiques et chimiques très différentes, malgré la même composition chimique.

Pour faire une comparaison, le diamant et le graphite sont polymorphes car ils sont composés à la fois d'atomes de carbone, mais ils ont des propriétés très différentes car les atomes sont liés pour former des structures différentes. Le même concept peut être étendu aux molécules organiques, lorsqu'ils interagissent entre eux pour former des cristaux.

Comprendre et réagir au fonctionnement des matériaux au niveau moléculaire est essentiel, car un mauvais polymorphe peut donner un mauvais goût à un aliment, ou un médicament pour être moins efficace. Il existe plusieurs exemples de médicaments retirés du marché en raison de problèmes liés au polymorphisme. En tant que tel, la production d'un polymorphe spécifique est actuellement un problème fondamental pour la recherche et l'industrie et cela implique des défis scientifiques et économiques substantiels.

De nouvelles recherches de l'Université de Manchester ont maintenant démontré que l'ajout de graphène à une solution d'évaporation contenant des molécules organiques peut considérablement améliorer la sélectivité envers une certaine forme cristalline. Cela ouvre de nouvelles applications du graphène dans le domaine de l'ingénierie cristalline, qui ont été complètement inexplorés jusqu'à présent.

Professeur Cinzia Casiraghi, qui dirigeait l'équipe, dit :"En fin de compte, nous avons montré que les matériaux avancés, comme le graphène et les outils de la nanotechnologie nous permettent d'étudier la cristallisation de molécules organiques à partir d'une solution d'une manière radicalement nouvelle. Nous sommes maintenant ravis de nous diriger vers des molécules couramment utilisées pour les produits pharmaceutiques et alimentaires afin d'approfondir l'étude du potentiel du graphène dans le domaine de l'ingénierie des cristaux. »

Dans le rapport, Publié dans ACS Nano , l'équipe a montré qu'en ajustant les propriétés de surface du graphène, il est possible de changer le type de polymorphes produits. Glycine, l'acide aminé le plus simple, a été utilisé comme molécule de référence, tandis que différents types de graphène ont été utilisés soit comme additifs, soit comme modèles.

Matthieu Boyes, et Adriana Alieva, doctorat étudiants de l'Université de Manchester, tous deux ont contribué à ce travail :« Il s'agit d'un travail pionnier sur l'utilisation du graphène comme additif dans les expériences de cristallisation. Nous avons utilisé différents types de graphène avec une teneur en oxygène variable et avons examiné leurs effets sur le résultat cristallin de la glycine. qu'en ajustant soigneusement la teneur en oxygène du graphène, il est possible d'induire une cristallisation préférentielle." a déclaré Adriana.

Modélisation informatique, interprété par le professeur Melle Franco à l'Université d'Aveiro, Le Portugal, soutient les résultats expérimentaux et attribue la sélectivité polymorphe à la présence de groupes hydroxyle permettant des interactions de liaison hydrogène avec les molécules de glycine, favorisant ainsi un polymorphe par rapport à l'autre, une fois que des couches supplémentaires du polymorphe sont ajoutées pendant la croissance cristalline.