Na interface entre a química e a física, o processo de cristalização é onipresente na natureza e na indústria. É a base para a formação de flocos de neve, mas também de certos ingredientes ativos usados ​​em farmacologia. Para que o fenômeno ocorra para uma determinada substância, ela deve primeiro passar por uma etapa chamada de nucleação, durante a qual as moléculas se organizam e criam as condições ideais para a formação dos cristais. Embora tenha sido difícil observar a dinâmica de pré-nucleação, esse processo-chave agora foi revelado pelo trabalho de uma equipe de pesquisa da Universidade de Genebra (UNIGE). Os cientistas conseguiram visualizar este processo espectroscopicamente em tempo real e em escala micrométrica, abrindo caminho para o projeto de substâncias ativas mais seguras e estáveis. Esses resultados podem ser encontrados nosProceedings of the National Academy of Sciences (PNAS ).
A cristalização é um processo químico e físico utilizado em muitos campos, desde a indústria farmacêutica até o processamento de alimentos. É usado para isolar uma substância gasosa ou líquida na forma de cristais. No entanto, esse fenômeno não é exclusivo da indústria; é onipresente na natureza e pode ser visto, por exemplo, em flocos de neve, corais ou pedras nos rins.

Para que os cristais se formem a partir de substâncias, eles devem primeiro passar por um estágio crucial chamado nucleação. É durante esta primeira fase que as moléculas começam a se organizar para formar "núcleos", aglomerados estáveis ​​de moléculas, o que leva ao desenvolvimento e crescimento dos cristais. Esse processo ocorre estocasticamente, o que significa que não é previsível quando e onde um núcleo se forma. "Até agora, os cientistas têm lutado para visualizar este primeiro estágio no nível molecular. A imagem microscópica da nucleação do cristal tem estado sob intenso debate. Estudos recentes sugerem que as moléculas parecem formar alguma organização desordenada antes da formação dos núcleos. a ordem cristalina emerge deles? Essa é uma grande questão", explica Takuji Adachi, professor assistente do Departamento de Físico-Química da Faculdade de Ciências da UNIGE.

Capturando um evento de nucleação de cristal por vez

A equipe de Takuji Adachi, apoiada por dois pesquisadores do Departamento de Química da Universidade McGill (Nathalie LeMessurier e Lena Simine), deu um passo decisivo ao conseguir observar o processo de nucleação de um cristal individual na escala micrométrica por espectroscopia óptica. "Conseguimos demonstrar e visualizar a organização e formação de agregados moleculares que antecedem a cristalização", explica Johanna Brazard, pesquisadora do Departamento de Físico-Química e co-autora da pesquisa.

Para observar esse fenômeno, os cientistas combinaram a microespectroscopia Raman – uma técnica baseada na interação da luz com a matéria para obter informações sobre sua composição – e aprisionamento óptico. "Usamos lasers para destacar a estrutura molecular durante a nucleação, mas também para induzir o fenômeno de nucleação e, assim, poder observá-lo e registrar sua impressão espectral", explica Oscar Urquidi, estudante de doutorado no Departamento de Físico-Química e co-primeiro autor desta pesquisa. A substância modelo escolhida para conduzir esses experimentos foi a glicina, um aminoácido que é um alicerce essencial da vida, dissolvido em água.

"Nosso trabalho revelou um estágio de cristalização que antes era invisível, diz Takuji Adachi. Visualizar com mais precisão e entender melhor o que está acontecendo no nível molecular é muito útil para direcionar certas manipulações de forma mais eficaz." Em particular, essa descoberta pode tornar mais fácil a obtenção de estruturas cristalinas mais puras e estáveis ​​para certas substâncias usadas no projeto de muitos medicamentos ou materiais. + Explorar mais

Formação de gelo em superfícies aprimorada por meio de um processo de nucleação não clássico