De la création de gadgets flexibles à de meilleurs médicaments, l'art de plier les cristaux remodèle la technologie et la santé, et à l'Université de Houston, un expert en cristaux le fait presque ressembler à un tour de magie.
Jeffrey Rimer, professeur Abraham E. Dukler d'énergie chimique, a montré comment plier et tordre des cristaux sans force physique – sans toucher, ni piquer ni pousser et sans chaleur ni rayonnement, conditions généralement requises pour obtenir un remodelage.
Au lieu de cela, il utilise une molécule appelée tautomère, qui fait tout le travail, induisant la courbure et la torsion des cristaux biogéniques. Dans le monde des cristaux, les tautomères sont des personnages sournois : des molécules capables de déplacer leurs atomes.
Tout d’un coup, un atome d’hydrogène peut se trouver à un endroit, puis sauter à un autre, tandis que d’autres atomes glissent.
L’une des applications pharmaceutiques où cela pourrait revêtir une importance importante est celle de l’administration de médicaments, où environ 30 des 200 principaux médicaments sont des tautomères.
« Ici, nous présentons un cas unique de flexion naturelle sans application de forces extérieures », rapporte Rimer dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences.
Les travaux de Rimer ont été réalisés au Welch Center for Advanced Bioactive Materials Crystallization à l'UH.
« Il s'agit d'une étude mécanistique montrant comment la tautomérie induit une flexion et une torsion contrôlées et naturelles en vertu du tautomère mineur, qui est un modificateur de croissance qui provoque des défauts dans la structure cristalline (par exemple, des macles, des dislocations de vis et de bords), conduisant à des effets macroscopiques sur les propriétés des matériaux », a déclaré Rimer.
L’importance du contrôle
Comprendre et exploiter la flexibilité des matériaux à travers des phénomènes tels que la courbure et la torsion des cristaux moléculaires suscite un intérêt croissant en raison du nombre d'applications qui bénéficient de ces propriétés, comme l'optoélectronique, la robotique douce, les capteurs intelligents et les produits pharmaceutiques.
« Nous avons montré que le pliage entraîne des déformations physiques qui ont un impact sur la dissolution, ce qui peut avoir un impact sur la pharmacocinétique de la délivrance des ingrédients pharmaceutiques actifs », a déclaré Rimer.
Dans ces travaux, l'équipe Rimer a montré que le degré de courbure peut être adapté en fonction d'une sélection judicieuse des conditions de croissance. Une combinaison de techniques de microscopie et de spectroscopie de pointe a été utilisée pour caractériser l'origine de la courbure.
« Nos résultats permettent de mieux comprendre les défauts générés lors de la cristallisation pathologique d'un matériau tautomère et comment ce phénomène peut conduire à des morphologies courbées, tordues et dendritiques uniques observées dans les matériaux biologiques et synthétiques », a déclaré Rimer. « La capacité de contrôler sélectivement ce comportement ouvre de larges voies à l'ingénierie cristalline. »
Les collègues de Rimer sur ce projet sont WeiWei Tang, Université de Houston ; Tamin Yang, Université de Stockholm ; et Qing Tu, Université Texas A&M.
