De flocos de neve a quartzo, as estruturas cristalinas da natureza se formam com um confiável, simetria sistêmica. Pesquisadores da Drexel University, que estudam a formação de materiais cristalinos, mostraram que agora é possível controlar como os cristais crescem - incluindo a interrupção do crescimento simétrico de cristais planos e induzindo-os a formar esferas ocas de cristal. A descoberta faz parte de um esforço de design mais amplo, focado no encapsulamento de medicamentos para tratamentos com drogas direcionadas.

O novo desenvolvimento, recentemente relatado na revista científica Nature Communications , foi liderado por Christopher Li, Ph.D., um professor na Faculdade de Engenharia de Drexel, cuja pesquisa no Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais tem se centrado em estruturas de polímeros de engenharia para aplicações especiais, em colaboração com Bin Zhao, Ph.D., um professor do Departamento de Química da Universidade do Tennessee, Knoxville. Seu trabalho mostra como essas estruturas, como esferas de cristal de polímero, pode ser formado simplesmente pela mistura de produtos químicos em uma solução - em vez de manipular fisicamente seu crescimento.

"A maioria dos cristais cresce em um padrão regular, se você pensar em flocos de neve, há uma simetria translacional que guia a célula unitária que se repete por todo o floco cristalino. O que descobrimos é uma maneira de manipular quimicamente a estrutura macromolecular de modo que essa simetria translacional seja quebrada quando a molécula cristalizar, "Li disse." Isso significa que podemos controlar a forma geral do cristal à medida que ele se forma, o que é um desenvolvimento muito empolgante, tanto por seu significado científico quanto pelas implicações que poderia ter para a produção em massa de terapias direcionadas. "

A técnica que Li usa para obrigar o que normalmente seria um cristal em forma de floco a se transformar em uma esfera se baseia em seu trabalho anterior com polímeros que se parecem com escovas e cristais de polímero formados a partir de gotículas de emulsão. Incorporando esses polímeros flexíveis de "escova de garrafa" como o sistema estrutural do cristal, permite que o Li modele seu crescimento ajustando as "cerdas" do pincel.

"Um polímero de escova de garrafa tem cerdas de revestimento em torno de uma lombada, o que descobrimos é que podemos fazer essa espinha curvar-se após a cristalização, colocando cerdas em um lado dela, "Disse Li." Isso define o padrão que se repete à medida que o cristal cresce - então, em vez de ficar plano, ele se curva tridimensionalmente para formar uma esfera. "

Isso significa que a quantidade de polímeros de cerdas na solução determinará o quanto a lombada da escova do frasco se dobra e, portanto, a forma e o tamanho da bola de cristal.

A equipe de Li também relata como pausar a formação do cristal, deixando buracos na esfera que podem ser úteis para inserir uma carga medicinal durante o processo de fabricação. Uma vez preenchido, ele pode ser fechado com polímeros adaptados para ajudar a direcioná-lo para seu alvo no corpo.

"Há algum tempo que trabalhamos para essa conquista, "Disse Li." Esta cristalografia esférica se manifesta em estruturas robustas que vemos na natureza, desde as cascas dos ovos até os capsídeos dos vírus, portanto, acreditamos que é a forma ideal de sobreviver aos rigores da administração de medicamentos no corpo. Ser capaz de controlar as propriedades do cristal à medida que ele se forma é um passo importante para realizar esta aplicação. "