Controlando polimorfos de glicina através de nanoconfinamento – Physics World

Moléculas como a glicina, o aminoácido mais simples, podem cristalizar em diferentes polimorfos com a mesma composição química, mas com estruturas diferentes. As duas fases da glicina são a α-glicina, que se forma facilmente e é estável em condições de quantity, e a β-glicina, que é difícil de produzir e instável em quantity. Contudo, a β-glicina é piezoelétrica; gera eletricidade quando comprimido ou dobrado e, portanto, é tecnologicamente útil.

Neste trabalho, os pesquisadores desenvolveram um novo método para produzir cristais de glicina. Usando um campo elétrico, eles pulverizaram uma solução de glicina para criar gotículas em nanoescala nas quais se formam cristais. Ao controlar as condições de pulverização, eles confinaram o crescimento dos cristais em nanoescala, controlando assim a forma como os cristais se formam. Os cristais com tamanho inferior a 120 nm eram β-glicina pura, acima de 130 nm eram principalmente α-glicina e tamanhos entre 120-130 nm produziam uma mistura de ambos os polimorfos. Isto mostra que o tamanho do cristal (nanoconfinamento) é o parâmetro chave que controla qual polimorfo se forma, e a β-glicina é estável entre 5 e 120 nm.

Os cristais se formam em duas etapas. Primeiro, formam-se nanoaglomerados e, em seguida, esses aglomerados são reorganizados em cristais. A β-glicina se forma primeiro porque tem uma energia interfacial mais baixa, facilitando a criação de superfícies, e uma barreira de nucleação mais baixa, por isso se forma mais rapidamente. No geral, a β-glicina é cineticamente favorável. No entanto, a α-glicina tem menor energia livre e melhor empacotamento. À medida que os cristais crescem, eles podem se reorganizar em α-glicina, que é termodinamicamente mais estável. Sob nanoconfinamento, o rearranjo molecular é restrito, impedindo a formação da fase α mais ordenada e estabilizando a β-glicina.
Esta pesquisa é importante porque mostra como controlar com precisão qual forma de cristal um materials assume usando confinamento em nanoescala, em vez de depender de métodos de tentativa e erro. Também fornece uma estratégia geral para estabilizar materiais metaestáveis, mas funcionais, com aplicações potenciais em sensores, captação de energia e materiais funcionais avançados.