Un team di ricercatori dell'Università di Manchester ha dimostrato che le proprietà superficiali del grafene possono essere utilizzate per controllare la struttura dei cristalli organici ottenuti dalla soluzione.

Strutture cristalline organiche possono essere trovate in un gran numero di prodotti, come il cibo, esplosivi, pigmenti colorati e prodotti farmaceutici. Però, i cristalli organici possono avere strutture diverse, detti polimorfi:ognuna di queste forme ha proprietà fisiche e chimiche molto diverse, pur avendo la stessa composizione chimica.

Per fare un confronto, diamante e grafite sono polimorfi perché sono composti entrambi da atomi di carbonio, ma hanno proprietà molto diverse perché gli atomi sono legati per formare strutture diverse. Lo stesso concetto può essere esteso alle molecole organiche, quando interagiscono tra loro per formare cristalli.

Comprendere e reagire a come funzionano i materiali a livello molecolare è fondamentale perché il polimorfo sbagliato può far sì che un alimento abbia un cattivo sapore, o un farmaco per essere meno efficace. Esistono diversi esempi di farmaci rimossi dal mercato a causa di problemi legati al polimorfismo. Come tale, la produzione di uno specifico polimorfo è attualmente un problema fondamentale sia per la ricerca che per l'industria e comporta notevoli sfide scientifiche ed economiche.

Una nuova ricerca dell'Università di Manchester ha ora dimostrato che l'aggiunta di grafene a una soluzione evaporante contenente molecole organiche può migliorare sostanzialmente la selettività verso una certa forma cristallina. Questo apre nuove applicazioni del grafene nel campo dell'ingegneria dei cristalli, che sono stati finora completamente inesplorati.

Professoressa Cinzia Casiraghi, che guidava la squadra, disse:"Alla fine, abbiamo dimostrato che i materiali avanzati, come il grafene e gli strumenti della nanotecnologia ci permettono di studiare la cristallizzazione di molecole organiche da una soluzione in un modo radicalmente nuovo. Ora siamo entusiasti di passare a molecole che sono comunemente usate per prodotti farmaceutici e alimenti per studiare ulteriormente il potenziale del grafene nel campo dell'ingegneria dei cristalli".

Nella relazione, pubblicato in ACS Nano , il team ha dimostrato che regolando le proprietà superficiali del grafene, è possibile cambiare il tipo di polimorfi prodotti. glicina, l'amminoacido più semplice, è stata utilizzata come molecola di riferimento, mentre diversi tipi di grafene sono stati utilizzati sia come additivo che come modelli.

Matthew Boyes, e Adriana Alieva, dottorato di ricerca studenti dell'Università di Manchester, entrambi hanno contribuito a questo lavoro:"Questo è un lavoro pionieristico sull'uso del grafene come additivo negli esperimenti di cristallizzazione. Abbiamo utilizzato diversi tipi di grafene con contenuto di ossigeno variabile e abbiamo esaminato i loro effetti sul risultato cristallino della glicina. Abbiamo osservato che regolando attentamente il contenuto di ossigeno del grafene, è possibile indurre una cristallizzazione preferenziale." ha detto Adriana.

Modellazione al computer, eseguita dal professor Melle Franco presso l'Università di Aveiro, Portogallo, supporta i risultati sperimentali e attribuisce la selettività polimorfa alla presenza di gruppi idrossilici che consentono interazioni di legame idrogeno con le molecole di glicina, favorendo così un polimorfo rispetto all'altro, una volta aggiunti strati aggiuntivi del polimorfo durante la crescita dei cristalli.