شیمیدانان آمریکایی می گویند که نتایج جدید آنها “ایده غالب” را رد می کند و جایگزین این ایده غالب می شود که چگونه مولکول های منفرد برای تشکیل کریستال ها کنار هم می آیند. پیتر وکیلف از دانشگاه هیوستون و همکارانش بینش اساسی در مورد چگونگی اضافه کردن مولکول‌های املاح به محل‌های رشد، به نام چین‌خوردگی، پس از رسیدن به آنها ارائه می‌کنند.
فراهم می کنند شواهد جدید مبنی بر اینکه پیوندهای موقت به طور خلاصه مولکول های کمتر از یک نانومتر را از جایی که به طور دائم به یک کریستال می چسبند به دام می اندازند.. این تعیین می کند که کریستال ها چقدر راحت و سریع رشد می کنند. وکیلوف می‌گوید: «اکتشاف مهم ما این است که القای پیچ خوردگی می‌تواند در دو مرحله رخ دهد که با یک حالت میانی از هم جدا شده‌اند. دنیای شیمی. اگر به طور گسترده پذیرفته شود، این ایده موجود مبنی بر اینکه حلال‌ها چگونه مولکول‌ها را به یکدیگر متصل می‌کنند نقش تعیین‌کننده‌ای در سرعت رشد کریستال دارد، را زیر سوال میبرد.
سرعت رشد کریستال نشان می دهد که چگونه مولکول ها به راحتی به کریستال ها جمع می شوند و بزرگتر می شوند. مولکول‌ها در انتهای ردیف‌های ناتمام توسط همتایان خود به هم می‌پیوندند که اولین بار توسط محققان آلمانی در دهه 1920، هالب کریستال یا “موقعیت‌های نیمه کریستالی” نامیده شد. محققین انگلیسی زبان حداقل از دهه 1950 همین سایت ها را “پیچیده” می نامند.
وکیلوف از زمان پایان نامه کارشناسی ارشد خود در آزمایشگاه الکس چرنوف در دانشگاه لومونوسوف مسکو، 40 سال است که به این روند فکر می کند. چرنوف این ایده را ایجاد کرد که استحکام پیوندهای غیرکووالانسی بین حلال و مولکول های حل شده در آن تعیین می کند که کریستال های متشکل از این مولکول ها با چه سرعتی رشد می کنند.
ساخت فیلم
وکیلوف با کار با چرنوف متوجه شد که راه رسیدن مولکول‌های املاح محلول به منحنی‌ها «واکنش‌های شیمیایی که در مقیاس طول میکروسکوپی رخ می‌دهند را پوشانده و مبهم می‌کند». وکیلوف می‌گوید: «موانع اصلی برای درک عمیق‌تر تاکنون، فقدان داده‌ها در مورد عمل گنجاندن مولکولی بوده است، که به سینتیک پیچیده قبلی انتقال از محلول به محل‌های رشد مربوط می‌شود. او اضافه می کند که اکنون زمان آن است که توجه به مکانیسم شیمیایی را معطوف کنیم.
محققان هیوستون چگونگی متبلور شدن اتیوپورفیرین I از چهار حلال مختلف را بررسی کردند: بوتانول، هگزانول، اکتانول و DMSO. میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) می‌تواند تصاویر با وضوح نانومتری را با جزئیات کافی برای تصویربرداری از مولکول‌های منفرد در یک کریستال ارائه کند، اما نه به اندازه کافی سریع برای ایجاد فیلم‌هایی از رشد کریستال. به همین دلیل است که تیم Vekilov از یک AFM با جزئیات کمتر همراه با پراش اشعه ایکس برای گرفتن عکس‌های سریع‌تر استفاده کردند. این روش‌ها فیلم‌های استاپ‌موشن را می‌گیرند که انتهای ردیف‌های مولکول‌های اتیوپرفیرین I را نشان می‌دهد که با ته نشین شدن مولکول‌ها از محلول جابه‌جا می‌شوند.
نرخ رشد به نسبت مستقیم با غلظت محلول های اتیوپرفیرین I افزایش یافت که نشان می دهد تنها یک مولکول در یک زمان رسوب می کند. اگر بیش از یک به طور همزمان سپرده شود، نرخ رشد با تمرکز با سرعت بسیار بیشتری افزایش می یابد.
خرد متعارف در مورد رشد کریستال این است که مولکول‌ها از حلال‌هایی که ضعیف‌تر به آنها متصل می‌شوند، سریع‌تر متبلور می‌شوند. به این ترتیب، اتیوپورفیرین باید با بیشترین سرعت از بوتانول و تقریباً به همان سرعت از DMSO، هگزانول و اکتانول متبلور شود. در عوض، سرعت رشد آن در بوتانول، اکتانول و هگزانول یکسان است و کندتر از محلول های DMSO رشد می کند. بنابراین، قدرت اتصال بین مولکول های اتیوپورفیرین I و حلال، سرعت رشد کریستال را تعیین نمی کند.
مکانیزم از پیش تعریف شده
محققان هیوستون می گویند که مولکول های اتیوپرفیرین I به جای اینکه از جای دیگر روی سطح کریستال برسند، مستقیماً از محلول به چین ها اضافه می شوند. این به این دلیل است که چین‌هایی که نزدیک به هم هستند به همان سرعتی رشد می‌کنند که از هم دور هستند. اگر مولکول‌ها از جای دیگری روی سطح می‌رسیدند، خم‌های مجاور برای آنها رقابت می‌کردند و سرعت رشد را کاهش می‌دادند.
برای درک اینکه چگونه مولکول‌های اتیوپرفیرین I می‌توانند مستقیماً از محلول به پیچ خوردگی اضافه کنند، تیم Vekilov شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی محاسباتی را انجام دادند. آنها نشان دادند که مولکول ها به طور موقت به کریستال 0.4 نانومتری از محل استراحت نهایی خود متصل می شوند و حلال شکاف را پر می کند. سرعت رشد کندتر کریستال‌های DMSO به این دلیل اتفاق می‌افتد که مولکول‌های DMSO بیشتری نسبت به سایر حلال‌ها در فضای خالی قرار می‌گیرند. این مولکول‌های DMSO خود را جهت می‌دهند تا حالت میانی را پایدارتر کنند.
او می‌گوید این آزمایش‌ها «بینش‌های ارزشمندی را در مورد سینتیک واکنش در سطوح شکسته ارائه می‌کنند». نورنزار انور از Universiti Teknologi MARA در مالزی. آنها نشان می دهند که “ادغام یک مولکول شامل تعریف مجدد حالت گذار کلاسیک به یک حالت میانی جدید در تبلور است.”
می‌گوید: «بینش‌های به‌دست‌آمده از این می‌تواند ما را به پیش‌بینی ترکیبی ساختار بلوری با روش‌شناسی تجربی سوق دهد». کارن رابرتسون از دانشگاه ناتینگهام انگلستان او می‌افزاید که شناسایی ساختارهای میانی و چگونگی تأثیر مولکول‌های املاح بر پایداری آنها، برای جامعه تبلور که به دنبال کنترل ساختار هستند، از اهمیت خاصی برخوردار است.
بر طبق گفته‌ها، این کار «یک بررسی ظریف از مکانیسم‌های اساسی رشد کریستال» است آلن میرسون از موسسه فناوری ماساچوست، ایالات متحده آمریکا. او موافق است که این به “توسعه روش هایی برای کنترل سرعت و مورفولوژی بلورهای رشد یافته” کمک می کند.
وکیلوف اذعان می کند که این مطالعه به طور قطع ثابت نمی کند که مکانیسم گسترده است، زیرا تنها یک ماده را تحت تأثیر قرار می دهد. با این حال، او آزمایش های بیشتری را برای ارائه شواهد پشتیبانی بیشتر برنامه ریزی می کند.
