La cristalización es un proceso químico y físico utilizado en muchos campos, desde la industria farmacéutica hasta el procesamiento de alimentos. Se utiliza para aislar una sustancia gaseosa o líquida en forma de cristales. Sin embargo, este fenómeno no es exclusivo de la industria. Es un proceso omnipresente en la naturaleza y se puede ver, por ejemplo, en copos de nieve, corales o cálculos renales. Los científicos hace tiempo que buscaban observar cómo se produce el nacimiento de estos cristales y lo consiguieron.

¿Cómo ocurre el nacimiento de los cristales?

Para que el proceso de cristalización ocurra en una determinada sustancia, primero debe pasar por una etapa llamada nucleación. En esta etapa las moléculas se organizan y crean las condiciones óptimas para la formación de cristales. Observar la dinámica previa a la nucleación ha sido difícil, pero un equipo de investigación de la Universidad de Ginebra lo ha conseguido.

Estos científicos han logrado visualizar este proceso en tiempo real y a escala micrométrica. Haber conseguido esta hazaña allana el camino para el diseño de sustancias activas más seguras y estables.

En la etapa crucial de nucleación, las moléculas se organizan para formar «núcleos». Es decir, grupos estables de moléculas, lo que conduce al desarrollo y crecimiento de cristales. Este proceso no es predecible, por lo que no se puede saber cuándo y dónde se forma un núcleo.

Hasta ahora, los científicos han estado luchando para visualizar esta primera etapa a nivel molecular. La imagen microscópica de la nucleación de cristales ha sido objeto de un intenso debate. Estudios recientes sugieren que las moléculas parecen formar una organización desordenada antes de la formación de núcleos.

Visualizar el nacimiento de los cristales era algo pendiente para la ciencia. Vía Pixabay.

Proceso de nucleación de cristales

El equipo de investigación ha dado un paso decisivo al lograr observar el proceso de nucleación de un cristal individual a escala micrométrica mediante espectroscopia óptica. Es decir, han logrado demostrar y visualizar lo que sucede antes de la cristalización.

Para observar este fenómeno, los científicos combinaron la microespectroscopía Raman y el atrapamiento óptico. La microespectroscopía Raman es una técnica basada en la interacción de la luz con la materia para obtener información sobre su composición.

Durante el estudio, los investigadores usaron láseres para resaltar la estructura molecular durante la nucleación. También lo hicieron para inducir el fenómeno de la nucleación y así poder observarlo y registrar su huella espectral. La sustancia modelo elegida para realizar estos experimentos fue la glicina, un aminoácido que es un componente esencial de la vida, disuelto en agua.

El trabajo de estos científicos ha revelado una etapa de cristalización que antes era invisible. Este descubrimiento podría facilitar la obtención de estructuras cristalinas más puras y estables para ciertas sustancias utilizadas en el diseño de muchos fármacos o materiales.

Referencias:

In situ optical spectroscopy of crystallization: One crystal nucleation at a time: https://www.pnas.org/doi/abs/10.1073/pnas.2122990119

Revolutionary images of the birth of crystals: https://phys.org/news/2022-04-revolutionary-images-birth-crystals.html

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