Un team di ricercatori della New York University ha sviluppato un metodo rivoluzionario per prevedere le strutture dei cristalli molecolari organici, materiali cruciali per la produzione di farmaci, elettronica e altri prodotti essenziali. Questo nuovo approccio, chiamato “Crystal Math” (con argutissima allusione al noto stupefacente), permette di ottenere previsioni precise in poche ore utilizzando un semplice laptop, eliminando la necessità di simulazioni lente e costose su supercomputer.
La disposizione tridimensionale delle molecole nei cristalli, la struttura cristallina, è fondamentale perché influenza direttamente le proprietà del materiale: un farmaco, per esempio, può essere efficace o inefficace a seconda di come le sue molecole si organizzano. Prevedere queste strutture è stato per anni un problema difficile e costoso, ma Crystal Math, come si legge sulla rivista Nature Communications lo affronta in modo completamente nuovo, sfruttando elementi topologici. Il cuore del metodo riguarda l’ottimizzazione di una opportuna funzione che porta all’individuazione della configurazione cristallina più stabile.
Questa funzione valuta numericamente diverse possibili disposizioni delle molecole, tenendo conto di fattori come l’orientamento delle molecole (la funzione cerca configurazioni in cui gli assi principali delle molecole e i piani degli anelli molecolari siano allineati con direzioni specifiche all’interno del cristallo), la posizione degli atomi più pesanti (questi atomi tendono a occupare punti geometrici “favorevoli”, cioè che minimizzano l’energia complessiva del sistema) e la spaziatura tra le molecole (la funzione assicura che le molecole non siano troppo vicine, per evitare sovrapposizioni, né troppo lontane, per mantenere la stabilità del cristallo).
Minimizzando la funzione con riferimento a questi e altri parametri geometrici (in tutto 13) correlati alla disposizione delle molecole nel cristallo e ad altri fattori geometrici che definiscono la forma di ciascuna molecola nel cristallo, il metodo identifica la configurazione che meglio soddisfa queste condizioni, cioè quella più probabile e stabile nella realtà.
Per verificare l’efficacia del metodo, i ricercatori hanno testato le loro equazioni su un vasto database di strutture cristalline già conosciute e su molecole complesse non ancora studiate. I risultati si sono dimostrati altamente accurati, prevedendo configurazioni realistiche confermate da esperimenti.