Это особенно важно для лекарств, потому что от структуры кристалла зависит, как быстро препарат растворится, усвоится и как долго сохранится. Исследователи проверили свой метод на противотуберкулезном препарате пиразинамиде, у которого есть четыре кристаллические формы. Оказалось, главное — правильно выбрать масштаб расчетов, то есть размер модели кристаллической решетки, чтобы учесть взаимодействия между далекими молекулами.

Многие вещества могут существовать в разных кристаллических формах — это называется полиморфизм. В фармацевтике даже небольшие изменения в структуре кристалла влияют на эффективность лекарства. Например, одна форма может лучше растворяться, а другая — дольше храниться.

Но предсказать, какая форма окажется стабильной, сложно: эксперименты требуют времени, а компьютерные модели часто ошибаются, потому что не учитывают взаимодействия между удаленными молекулами.

Ученые из Новосибирска сравнили два метода расчетов:

• Метод конечных разностей — когда вычисляют разницу сил при смещении атомов.
• Теорию возмущений — когда решают уравнения отклика системы без множества пересчетов.

Оба метода давали ошибки, пока исследователи не использовали супер-ячейки — увеличенные модели кристаллической решетки. Без них расчеты показывали, что одна из форм пиразинамида стабильна при любых температурах, хотя на деле она превращается в другую форму уже при –13°C. С супер-ячейками результаты совпали с экспериментами.

Денис Рычков, руководитель исследования:

Наша работа показала: чтобы точнее предсказывать свойства кристаллов, важно правильно учитывать их структуру. Это поможет создавать лекарства с нужными характеристиками и новые материалы с заданными свойствами — например, более пластичные или прочные. Следующий шаг — научиться прогнозировать механические свойства кристаллов, чтобы конструировать материалы под конкретные задачи.

Это исследование решает две ключевые проблемы:

1. Экономия времени и ресурсов — вместо долгих экспериментов можно быстрее подбирать стабильные формы лекарств.
2. Повышение точности — супер-ячейки позволяют избежать ошибок, которые раньше приводили к неверным прогнозам.

В перспективе метод можно адаптировать для других органических материалов — например, для создания:

• более эффективных лекарств с контролируемым высвобождением;
• гибких полимеров для электроники;
• устойчивых к температуре покрытий.

Ранее ученые разработали рентген, который позволяет просветить кристалл.