Prima che l'ibuprofene possa alleviare il tuo mal di testa, deve dissolversi nel flusso sanguigno. Il problema è l'ibuprofene, nella sua forma originaria, non è particolarmente solubile. La sua rigida, le strutture cristalline - le molecole sono allineate come soldati all'appello - rendono difficile la dissoluzione nel flusso sanguigno. Per superare questo, i produttori utilizzano additivi chimici per aumentare la solubilità dell'ibuprofene e di molti altri farmaci, ma quegli additivi aumentano anche i costi e la complessità.

La chiave per rendere i farmaci da soli più solubili è non dare ai soldati molecolari il tempo di cadere nelle loro strutture cristalline, rendendo la particella non strutturata o amorfa.

I ricercatori della John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) di Harvard hanno sviluppato un nuovo sistema in grado di produrre nanoparticelle amorfe in grandi quantità che si dissolvono rapidamente.

Ma non è tutto. Il sistema è così efficace da poter produrre nanoparticelle amorfe da un'ampia gamma di materiali, anche per la prima volta, materiali inorganici con elevata propensione alla cristallizzazione, come il sale da cucina.

Questi non strutturati, le nanoparticelle inorganiche hanno elettronica diversa, proprietà magnetiche e ottiche dalle loro controparti cristallizzate, che potrebbero portare ad applicazioni in campi che vanno dall'ingegneria dei materiali all'ottica.

David A. Weitz, Mallinckrodt Professore di Fisica e Fisica Applicata e membro di facoltà associato del Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ad Harvard, descrive la ricerca in un articolo pubblicato oggi in Scienza .

"Questo è un modo sorprendentemente semplice per creare nanoparticelle amorfe da quasi tutti i materiali, " ha detto Weitz. "Ci dovrebbe consentire di esplorare rapidamente e facilmente le proprietà di questi materiali. Inoltre, può fornire un mezzo semplice per rendere molti farmaci molto più utilizzabili".

La tecnica prevede prima la dissoluzione delle sostanze in buoni solventi, come acqua o alcol. Il liquido viene quindi pompato in un nebulizzatore, dove l'aria compressa che si muove due volte la velocità del suono spruzza le goccioline di liquido attraverso canali molto stretti. È come una bomboletta spray sugli steroidi. Le goccioline vengono completamente asciugate tra uno e tre microsecondi dal momento in cui vengono spruzzate, lasciando dietro di sé la nanoparticella amorfa.

All'inizio, la struttura amorfa delle nanoparticelle lasciava perplessi, disse Ester Amstad, un ex borsista post-dottorato nel laboratorio di Weitz e attuale assistente professore all'EPFL in Svizzera. Amstad è il primo autore del documento. Quindi, il team si è reso conto che la velocità supersonica del nebulizzatore stava facendo evaporare le goccioline molto più velocemente del previsto.

"Se sei bagnato, l'acqua evapora più velocemente quando sei al vento, " disse Amstad. "Più forte è il vento, più velocemente il liquido evaporerà. Un principio simile è al lavoro qui. Questo rapido tasso di evaporazione porta anche a un raffreddamento accelerato. Proprio come l'evaporazione del sudore raffredda il corpo, qui l'altissimo tasso di evaporazione fa diminuire la temperatura molto rapidamente, che a sua volta rallenta il movimento delle molecole, ritardare la formazione di cristalli."

Questi fattori impediscono la cristallizzazione in nanoparticelle, anche in materiali molto inclini alla cristallizzazione, come il sale da cucina. Le nanoparticelle amorfe sono eccezionalmente stabili contro la cristallizzazione, della durata di almeno sette mesi a temperatura ambiente.

Il prossimo passo, Amstad ha detto, consiste nel caratterizzare le proprietà di queste nuove nanoparticelle amorfe inorganiche ed esplorare potenziali applicazioni.

"Questo sistema offre un controllo eccezionalmente buono sulla composizione, struttura, e dimensione delle particelle, consentendo la formazione di nuovi materiali, " ha detto Amstad. " Ci permette di vedere e manipolare le primissime fasi di cristallizzazione di materiali con elevata risoluzione spaziale e temporale, la cui mancanza aveva impedito lo studio approfondito di alcuni dei biomateriali inorganici più diffusi. Questo sistema apre le porte alla comprensione e alla creazione di nuovi materiali."