Les polymorphes ne sont pas des bêtes mythiques et chimériques : il s’agit de substances dont la composition chimique est identique, mais dont la structure cristalline diffère et qui présentent également des propriétés physiques et chimiques différentes. En pratique, cela signifie que les entreprises souhaitent souvent créer un certain polymorphe, mais pas les autres. Des chercheurs de l’université de Tohoku se sont penchés sur l’utilisation de la cristallisation colloïdale comme système modèle pour comprendre comment parvenir à un contrôle précis de la formation d’un polymorphe spécifique.
En zoomant sur un cristal au niveau microscopique, vous constaterez que ce qui le rend unique, c’est sa structure hautement ordonnée. Un cristal colloïdal présente une structure ordonnée similaire, mais avec l’ajout de particules submicroniques en suspension. Ces cristaux spéciaux sont considérés comme un bon modèle de transition de phase et comme des matériaux polyvalents pour un large éventail d’applications scientifiques et industrielles. Toutefois, les mécanismes qui sous-tendent la sélection des polymorphes au cours du processus de cristallisation ne sont pas entièrement compris. L’un des objectifs de cette étude était d’apporter de nouvelles informations sur ces mécanismes.
« La capacité à contrôler la croissance de polymorphes cristallins spécifiques est essentielle dans des domaines tels que la science des matériaux et les produits pharmaceutiques », précise Jun Nozawa de l’Université de Tohoku. « Toute modification des polymorphes entraîne des changements dans les performances et la fonctionnalité du produit, et il est donc crucial de pouvoir sélectionner en toute confiance un polymorphe spécifique. »
Cette étude a utilisé la cristallisation colloïdale comme système modèle et a effectué des observations in situ avec une résolution de particule unique pour étudier les mécanismes de sélection des polymorphes. Cette étude a utilisé une méthode appelée croissance hétéroépitaxiale en utilisant des particules colloïdales de polystyrène. Le processus de cristallisation comprend la nucléation, la croissance et la dissolution, chacune influencée par les transitions polymorphes.
Les produits finaux se sont avérés être régis par des transitions polymorphes. Ils ont constaté que la probabilité d’apparition d’un certain polymorphe dépendait de la taille et de la stabilité des grappes. Les additifs pour particules ont également permis de contrôler efficacement la formation de polymorphes.
« Les facteurs que nous avons analysés peuvent être utilisés en principe pour aider à créer le polymorphe souhaité, en fonction de la situation. Cela ouvre de nouvelles voies pour les technologies de régulation des polymorphes », remarque une nouvelle fois M. Nozawa.
Cette recherche a permis de mieux comprendre le contrôle des polymorphes, en apportant des éléments applicables à la fabrication de matériaux et au développement de médicaments. Ces résultats soulignent l’importance de la dynamique des clusters et des taux de croissance au-delà de la stabilité thermodynamique pour la sélection des cristaux polymorphes.
Article : « Polymorphic transitions during nonclassical nucleation and growth in the colloidal heteroepitaxy »
Jun Nozawa, Masahide Sato, Satoshi Uda, Kozo Fujiwara ; Journal: Communications Physics ; DOI: 10.1038/s42005-025-02062-9
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