實驗

“這應該是首次使用LCEM（liquid cell electron microscopy，液體樣品池電子顯微鏡）觀察到用作API（活性藥物成分）的有機分子晶體的早期成核現象”。

“這種方法的重要性在于，我們可以開始理解一種晶體是如何在另一種晶體上形成，特別是如何觀察晶體形成過程中的早期成核現象。同時我們可以將這些直接觀測的結果與經典成核理論和其他晶體生長理論進行對比研究。”

研究所用的氟芬那酸分子是一種COX抑制劑，可起到消炎作用。隨著對這種分子在制藥行業應用研究的深入，研究人員可以對其藥物作用進行調控并減少其副作用。此外，有機晶體已經廣泛應用于工業界，包括電子產品和農藥等。因此，這項研究對于分子晶體的控制生長及應用具有重要意義。

技術與方法

該項研究的關鍵在于所使用的Ocean LPEM系統可以在透射電子顯微鏡中引入液體乙醇環境。

Cookman博士介紹說，采用DENSsolutions Ocean樣品系統，可以將API的不飽和液體溶液直接引入到TEM中進行觀察；通過精確控制電子束的輻照來誘導晶體在溶液中的生長。電子束輻照提供了晶體成核所需的能量。

與傳統的離位研究相比，原位電鏡可以提供晶體生長各個階段的實時鏡頭，因此，氟芬那酸分子在生長溶液中的形核過程可以被直接捕捉到。在此基礎上，可以在真實的液體環境中直接解析晶體的結構特征。

Cookman博士說，“這項工作的關鍵在于將電子顯微鏡，特別是原位液相電子顯微鏡引入到有機晶體的生長及直接表征，這項研究結果以及研究方法對于藥物晶體的實時鑒定和制藥業發展都具有非常重要的意義。” 

更廣泛的重要性

分子在生長的最初階段就表現出多態性（即晶體由相同分子組成但具有不同的物理排列）。理解該多態性的形成則需要從納米尺度上直接觀測。

多晶型物質的生物活性較低，無法達到預期的藥物療效。例如抗逆轉錄病毒藥物Ritonavir曾用于治療HIV / AIDS，但在發現其含有活性藥物的多晶型后，即被淘汰。了解晶體生長的這些早期階段對于微調藥物傳遞等過程至關重要。 

未來研究

微加工技術和TEM設備的進步可以讓人們在液體環境下直接觀察到形核過程，這也為結晶學的進一步發展提供了支持。

結合這一成果，科學家將可實現對晶體生長過程中的不同階段進行深入研究。

這項技術開辟了TEM在可視化其他結晶過程，研究成核機制并探索新的創新等領域的應用。

這項研究是EU Horizon 2020 FET-Open項目MagnaPharm的一部分，該項目專注于藥物化合物中多態性的磁控制。包括Ursel Bangert博士和Simon Hall博士在內的研究小組計劃繼續研究氟芬那酸在不同液體環境下的形核及生長行為。