Wetenschappers van MIPT en ITMO University en hun collega's hebben de vorming en groei van kristallen van eenvoudige organische moleculen tot grote associaties bestudeerd. Deze experimenten zullen helpen bij het maken van capsules voor gerichte medicijnafgifte aan specifieke weefsels in het menselijk lichaam. Het wetenschappelijke artikel is gepubliceerd in het tijdschrift Kristalgroei en ontwerp .

Melaminecyanuraat bestaat uit kleurloze melaminekristallen en cyanuurzuur, waarvan de moleculen op een vergelijkbare manier associëren met DNA-vorming. Studies die ermee verband houden, kunnen nuttig zijn bij het ontwikkelen van technieken voor het introduceren van medicijnen in kristallen met een vergelijkbare structuur. Dit zal wetenschappers in staat stellen experimenten uit te voeren met gerichte medicijnafgifte, een technologie die het in de toekomst mogelijk maakt dat medicijnen rechtstreeks naar doelwitten gaan, d.w.z., specifieke orgaanweefsels, in plaats van door het lichaam te worden verdeeld.

Echter, er zijn nog veel vragen over het mechanisme van moleculaire organisatie in verschillende stadia van kristalgroei.

"Ons gezamenlijke werk gaat over een interessant effect:door de verhoudingen van de initiële componenten te variëren, het is mogelijk om het vormingsproces en het uiterlijk van het melaminecyanuraatkristal te reguleren, " zegt Aleksandra Timralieva, co-auteur van de studie en curator van educatieve programma's aan het Infochemistry Scientific Center van ITMO University, "We hebben gekeken naar de vorming van een supramoleculaire complex van melaminecyanuraat. De vorming ervan hangt rechtstreeks af van de lokale concentratie van de componenten. Het bleek dat het de controle van verhoudingen is die ons in staat stelt de groei van kristallen te beheersen en andere stoffen in te voeren in hen."

De belangrijkste berekeningen zijn gedaan door wetenschappers van het MIPT.

"Een van de belangrijkste activiteiten van ons laboratorium bij MIPT is simulatie van moleculaire dynamica, een benadering die ons in staat stelt om het gedrag van elk individueel atoom in sommige, meestal erg klein, hoeveelheid materie. Vanuit rekenkundig oogpunt, dergelijke methoden zijn extreem arbeidsintensief en vereisen krachtige machines die tegelijkertijd honderden en soms duizenden individuele processors kunnen gebruiken om een ​​enkel probleem op te lossen, " legt Nikita Orekhov uit, plaatsvervangend hoofd van het Laboratorium voor Supercomputing Methoden in de fysica van de gecondenseerde materie aan het MIPT. "In dit werk, gewapend met een van deze supercomputers, we hebben geprobeerd te achterhalen welke soorten intermoleculaire interacties verantwoordelijk zijn voor de vorming van de primaire melaminecyanuraatkern in waterige oplossing, de nanoschaal groep moleculen waaruit het kristal later zal groeien. In onze toekomstige studies, deze gegevens zullen nuttig zijn voor een meer gedetailleerd begrip van de processen die plaatsvinden tijdens de vorming van melaminecyanuraatschillen of nauw verwante supramoleculaire complexen rond de bio-organische moleculen van belang."

Het experimentele deel vond plaats in de laboratoria van het Infochemie Wetenschappelijk Centrum van ITMO University. De onderzoekers onderzochten hoe een verandering in de concentratie van een van de twee componenten de vorming van melaminecyanuraat beïnvloedt.

"We zijn van plan om modeltests uit te voeren met veel organische moleculen, bijvoorbeeld met antibiotica zoals tetracycline, " legt Alexandra Timralieva uit. "Verschillende supramoleculaire structuren, vooral melaminecyanuraat, lijken qua vorming sterk op de manier waarop DNA wordt gevormd. Als we de controle over de vorming van deze structuren kunnen begrijpen, dan kunnen we ons in het rijk van de chemie van de oorsprong van het leven begeven. De eerste stappen zijn al gezet."