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Numerical study of the physical factors responsible for the ability to vitrify / crystallize of model materials of pharmaceutical interest

/ Gerges Joseph / Université Lille1 - Sciences et Technologies / 16-11-2015
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La cristallisation se décompose en deux étapes principales de nucléation et de croissance au cours desquelles les mêmes ingrédients physiques apparaissent: i) la mobilité moléculaire, ii) la différence d’énergie libre de Gibbs entre l’état liquide et cristallin et iii) l’énergie libre d’interface entre le liquide et le cristal. La connaissance de ces paramètres couplée à l’utilisation d’approches théoriques comme la théorie classique de la nucléation et certains modèles de croissance (continue, 2d, dislocation vis) peut fournir a priori une estimation de la facilité d’un matériau à cristalliser ou pas. La détermination expérimentale de l’énergie libre d’interface représente un vrai défi. La modélisation moléculaire offre une alternative intéressante pour pallier cette difficulté. Au cours de ce travail, à l’aide de simulations de dynamique moléculaire nous avons déterminé les principaux paramètres impliqués dans la nucléation et la croissance de différents matériaux: des systèmes atomiques modèles de type Lennard-Jones et des systèmes moléculaires d’intérêt pharmaceutique. Ces investigations nous ont permis d’analyser les tendances à la cristallisation de ces matériaux et notamment de souligner le rôle fondamental de l’énergie libre d’interface. Dans le cas des matériaux pharmaceutiques, les valeurs de l'énergie libre d’interface à la température de fusion ont été déterminées pour la première fois. Le recouvrement des zones de nucléation et de croissance qui sont particulièrement bien reproduites a été étudié. Cette analyse permet de comprendre l’origine qui était jusqu’à présent mal comprise de la cristallisation préférentielle de certains polymorphes métastables.

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