Dai fiocchi di neve al quarzo, le strutture cristalline della natura si formano con un affidabile, simmetria sistemica. Ricercatori della Drexel University, che studiano la formazione dei materiali cristallini, hanno dimostrato che ora è possibile controllare come crescono i cristalli, inclusa l'interruzione della crescita simmetrica dei cristalli piatti e inducendoli a formare sfere di cristallo cave. La scoperta fa parte di uno sforzo progettuale più ampio incentrato sull'incapsulamento della medicina per trattamenti farmacologici mirati.

Il nuovo sviluppo, recentemente riportato sulla rivista scientifica Comunicazioni sulla natura , era guidato da Christopher Li, dottorato di ricerca, un professore al Drexel's College of Engineering la cui ricerca nel Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali si è incentrata su strutture polimeriche ingegneristiche per applicazioni speciali, in collaborazione con Bin Zhao, dottorato di ricerca, un professore nel Dipartimento di Chimica dell'Università del Tennessee, Knoxville. Il loro lavoro mostra come queste strutture, come sfere di cristallo polimerico, può essere formato semplicemente mescolando sostanze chimiche in una soluzione, piuttosto che manipolando fisicamente la loro crescita.

"La maggior parte dei cristalli cresce secondo uno schema regolare, se pensi ai fiocchi di neve, c'è una simmetria traslazionale che guida la cella unitaria ripetendosi attraverso il fiocco cristallino. Quello che abbiamo scoperto è un modo per manipolare chimicamente la struttura macromolecolare in modo che questa simmetria traslazionale si rompa quando la molecola si cristallizza, " Ha detto Li. "Questo significa che possiamo controllare la forma complessiva del cristallo mentre si forma, il che è uno sviluppo molto eccitante, sia per il suo significato scientifico che per le implicazioni che potrebbe avere per la produzione di massa di terapie mirate".

La tecnica che Li usa per costringere quello che normalmente sarebbe un cristallo simile a scaglie a disegnarsi in una sfera si basa sul suo lavoro precedente con polimeri che sembrano spazzole e cristalli polimerici formati da goccioline di emulsione. Incorporando questi polimeri flessibili "a spazzola di bottiglia" come sistema strutturale del cristallo, permette a Li di modellare la sua crescita regolando le "setole" del pennello.

"Un polimero per scovolini ha setole di rivestimento che circondano una spina dorsale, quello che abbiamo scoperto è che possiamo piegare quella spina dorsale dopo la cristallizzazione mettendo le setole su un lato di essa, " Ha detto Li. "Questo imposta lo schema che si ripete man mano che il cristallo cresce, quindi invece di diventare piatto si curva tridimensionalmente per formare una sfera".

Ciò significa che la quantità di polimeri di setole nella soluzione determinerà quanto si piega la colonna vertebrale dello scovolino e quindi la forma e le dimensioni della sfera di cristallo.

Il team di Li riferisce anche su come mettere in pausa la formazione del cristallo, lasciando dei fori nella sfera che potrebbero essere utili per inserire un carico utile di medicinale durante il processo di fabbricazione. Una volta riempito, può essere chiuso con polimeri su misura per aiutarlo a dirigerlo verso il suo bersaglio nel corpo.

"Lavoriamo da tempo per raggiungere questo traguardo, Li ha detto. "Questa cristallografia sferica si manifesta in strutture robuste che vediamo in natura dai gusci delle uova ai capsidi virali, quindi crediamo che sia la forma ideale per sopravvivere ai rigori della somministrazione di farmaci nel corpo. Essere in grado di controllare le proprietà del cristallo mentre si forma è un passo importante verso la realizzazione di questa applicazione".