L’autoassemblage d’une simple molécule organique produit des phases cristallines d’une complexité extraordinaire

Une équipe internationale à laquelle collaborent deux chercheurs de l’UNamur, Luca Fusaro et Nikolay Tumanov (Institut NISM, plateforme PC²), observe une famille de cristaux complexes issus de l’autoassemblage d’une simple molécule organique. Une découverte importante qui pourrait ouvrir la voie au développement de nouveaux matériaux.

Une équipe internationale de chercheurs dirigée par le Dr Riccardo Montis (Université de Manchester) et comprenant le Dr Luca Fusaro et le Dr Nikolay Tumanov (UNamur), a isolé une famille de structures cristallines extrêmement complexes obtenues à partir d’un simple sel chloré issu du composé fampridine [1] .

L’autoassemblage moléculaire, c’est à dire l’association spontanée de molécules uniques dans des structures ordonnées plus grandes, représente une étape-clé dans plusieurs processus naturels, tels que la formation de cristaux, de protéines, de virus ou d’ADN à double hélice. Les cristaux sont des matériaux solides composés d’atomes, d’ions ou de molécules disposés pour former un motif tridimensionnel ordonné et hautement symétrique (la structure cristalline).

Dans notre vie quotidienne, nous avons souvent affaire à des cristaux. Le sucre, le sel, les flocons de neige n’en représentent que quelques exemples. L’aspirine, le paracétamol et plusieurs composés pharmaceutiques sont produits sous forme de poudres cristallines et pressés pour former des comprimés. Selon la manière dont les composants sont assemblés à l’état solide, le matériau résultant aura différentes propriétés physico-chimiques, telles que la solubilité, les températures de fusion, les propriétés mécaniques, etc.

Pour toutes ces raisons il est important de comprendre comment les cristaux se forment, la manière dont les molécules sont assemblées à l’état solide ainsi que la manière de contrôler les propriétés physico-chimiques.

Dans leur article, l’équipe de scientifiques a rapporté la découverte de quatre nouvelles phases cristallines du chlorhydrate de fampridine. Deux d’entre elles présentent une complexité inhabituelle et représentent la première observation des phases de Frank-Kasper pour une petite molécule organique. Des phases de Frank-Kasper ont été précédemment observées pour des alliages métalliques, de la matière molle et des super-réseaux de nanocristaux d’or.

Partant de cette observation, les chercheurs ont étudié les conditions de cristallisation de ces phases, découvrant qu’elles pourraient provenir d’un autoassemblage moléculaire inhabituel à l’état liquide, constitué d’agrégats sphériques de molécules. Cette découverte pourrait contribuer à la compréhension des mécanismes de nucléation des cristaux organiques et ouvrir des perspectives pour la conception de nouvelles classes de matériaux aux propriétés physico-chimiques réglables.

Dans l’équipe internationale collaborant à cette étude, l’expertise complémentaire de Luca Fusaro et Nikolay Tumanov, et les ressources techniques avancées de la plateforme PC² ont été nécessaires pour étudier l’autoassemblage à l’état liquide et caractériser les propriétés des structures cristallines résultantes, et ainsi aider à résoudre le puzzle.

Applications et perspectives

Cette étude représente une vérification de la réalité pour la communauté de l’ingénierie cristalline, visant à étudier et à concevoir un matériau cristallin avec des propriétés spécifiques. Le fait qu’une simple molécule organique puisse s’autoassembler pour former une structure cristalline d’une complexité extraordinaire confirme que la compréhension des règles régissant ce phénomène est toujours difficile.

L’observation d’agrégats sphériques de molécules à l’état liquide ouvre de nouvelles perspectives pour la conception de nouvelles classes de matériaux fonctionnels. Les auteurs suggèrent que ces objets sphériques pourraient être utilisés comme blocs de construction supramoléculaires et combinés avec d’autres espèces pour générer de nouveaux liquides ou matériaux cristallins avec des propriétés spécifiques.

Bien qu’il reste encore plusieurs questions à résoudre, cette découverte permettra sans aucun doute aux chercheurs, tant en recherche fondamentale qu’appliquée, d’explorer des voies sans précédent dans la conception de nouveaux matériaux.


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