Les polymorphes ne sont pas des bêtes chimériques mythiques – ce sont des substances avec des compositions chimiques identiques mais des structures cristallines différentes qui présentent également différentes propriétés physiques et chimiques. Ce que cela signifie pour une utilisation pratique, c'est que les entreprises veulent souvent créer un certain polymorphe, mais pas les autres.
Les chercheurs de l'Université de Tohoku ont plongé en profondeur dans l'utilisation de la cristallisation colloïdale comme système modèle pour comprendre comment obtenir ce contrôle fin sur la formation spécifique des polymorphes. La recherche est publiée dans la revue Physique des communications.
Zoomez sur un cristal au niveau microscopique, et vous constaterez que ce qui le rend unique est sa structure hautement commandée. Un cristal colloïdal a une structure ordonnée similaire, mais avec l'ajout de particules en suspension de la taille submicronique.
Ces cristaux spéciaux sont considérés comme un bon modèle de transition de phase et des matériaux polyvalents pour un large éventail d'applications scientifiques et industrielles. Cependant, les mécanismes derrière la sélection des polymorphes pendant le processus de cristallisation ne sont pas entièrement compris. L'un des objectifs de cette étude était de révéler de nouvelles perspectives sur ces mécanismes.
« La capacité de contrôler la croissance de polymorphes cristallins spécifiques est essentiel dans des domaines comme les sciences des matériaux et les produits pharmaceutiques », explique Jun Nozawa (Université de Tohoku). « Toute modification des polymorphes entraîne des modifications apportées aux performances et aux fonctionnalités du produit, il est donc crucial de pouvoir sélectionner en toute confiance pour un polymorphe spécifique. »
L'étude a utilisé la cristallisation colloïdale comme système de modèle et a effectué des observations in situ avec une résolution unique de particules pour étudier les mécanismes de sélection des polymorphes. L'étude a utilisé une méthode appelée croissance hétéroépitaxiale à l'aide de particules colloïdales en polystyrène. Le processus de cristallisation impliquait la nucléation, la croissance et la dissolution – chacun influencé par les transitions polymorphes.
Les produits finaux se sont révélés régis par des transitions de polymorphes. Ils ont constaté que la probabilité d'un certain polymorphe survenant était entraînée par la taille et la stabilité de l'amas. Les additifs de particules ont également pu contrôler efficacement la formation de polymorphes.
« Ces facteurs que nous avons analysés peuvent être utilisés en principe pour aider à créer le polymorphe souhaité, selon la situation. Cela ouvre de nouvelles voies pour les technologies de régulation des polymorphes », remarque Nozawa.
Cette recherche a fait progresser la compréhension du contrôle des polymorphes, fournissant des informations applicables à la fabrication des matériaux et au développement de médicaments. Ces résultats soulignent l'importance de la dynamique des grappes et des taux de croissance au-delà de la stabilité thermodynamique pour la sélection des cristaux polymorphes.
