Een team van onderzoekers van de Universiteit van Manchester heeft aangetoond dat de oppervlakte-eigenschappen van grafeen kunnen worden gebruikt om de structuur van organische kristallen verkregen uit oplossing te regelen.

Organische kristalstructuren komen voor in een groot aantal producten, zoals eten, explosieven, kleurpigmenten en geneesmiddelen. Echter, organische kristallen kunnen in verschillende structuren voorkomen, polymorfen genoemd:elk van deze vormen heeft zeer verschillende fysische en chemische eigenschappen, ondanks dezelfde chemische samenstelling.

Om een ​​vergelijking te maken, diamant en grafiet zijn polymorfen omdat ze beide zijn samengesteld uit koolstofatomen, maar ze hebben heel verschillende eigenschappen omdat de atomen zijn gebonden om verschillende structuren te vormen. Hetzelfde concept kan worden uitgebreid tot organische moleculen, wanneer ze met elkaar in wisselwerking staan ​​om kristallen te vormen.

Begrijpen en reageren op hoe materialen op moleculair niveau werken, is van cruciaal belang, omdat de verkeerde polymorf ervoor kan zorgen dat voedsel een slechte smaak heeft, of een medicijn om minder effectief te zijn. Er zijn verschillende voorbeelden van medicijnen die van de markt zijn gehaald vanwege polymorfisme-gerelateerde problemen. Als zodanig, de productie van een specifieke polymorf is momenteel een fundamenteel probleem voor zowel het onderzoek als de industrie en brengt aanzienlijke wetenschappelijke en economische uitdagingen met zich mee.

Nieuw onderzoek van de Universiteit van Manchester heeft nu aangetoond dat het toevoegen van grafeen aan een verdampende oplossing die organische moleculen bevat, de selectiviteit naar een bepaalde kristallijne vorm aanzienlijk kan verbeteren. Dit opent nieuwe toepassingen van grafeen op het gebied van kristaltechnologie, die tot nu toe volledig onontgonnen zijn.

Professor Cinzia Casiraghi, die het team leidde, zei:"Uiteindelijk we hebben aangetoond dat geavanceerde materialen, zoals grafeen en de instrumenten van nanotechnologie stellen ons in staat om de kristallisatie van organische moleculen uit een oplossing op een radicaal nieuwe manier te bestuderen. We zijn nu enthousiast om over te gaan naar moleculen die vaak worden gebruikt voor geneesmiddelen en voedsel om het potentieel van grafeen op het gebied van kristaltechnologie verder te onderzoeken."

In het rapport, gepubliceerd in ACS Nano , het team heeft aangetoond dat door de oppervlakte-eigenschappen van grafeen af ​​te stemmen, het is mogelijk om het type geproduceerde polymorfen te veranderen. Glycine, het eenvoudigste aminozuur, is gebruikt als referentiemolecuul, terwijl verschillende soorten grafeen zijn gebruikt als additief of als sjablonen.

Mattheüs Boyes, en Adriana Alieva, doctoraat studenten aan de Universiteit van Manchester, beide hebben bijgedragen aan dit werk:"Dit is een pionierswerk op het gebied van het gebruik van grafeen als additief in kristallisatie-experimenten. We hebben verschillende soorten grafeen gebruikt met een variërend zuurstofgehalte en hebben gekeken naar hun effecten op het kristalresultaat van glycine. We hebben waargenomen dat door het zuurstofgehalte van grafeen zorgvuldig af te stemmen, het is mogelijk om preferentiële kristallisatie te induceren," zei Adriana.

computermodellering, uitgevoerd door Professor Melle Franco aan de Universiteit van Aveiro, Portugal, ondersteunt de experimentele resultaten en schrijft de polymorfe selectiviteit toe aan de aanwezigheid van hydroxylgroepen die waterstofbindingsinteracties met de glycinemoleculen mogelijk maken, waardoor de ene polymorf boven de andere wordt bevoordeeld, zodra extra lagen van de polymorf worden toegevoegd tijdens kristalgroei.