Как сверхкритический CO₂ замедляет отклик молекул ибупрофена

Сверхкритический CO₂ используют при получении мелких частиц действующих веществ: растворенное соединение выпадает в твердом виде, когда давление снижают. Еще до образования частиц растворитель может влиять на конформации — пространственные формы, которые принимают гибкие молекулы. Их соотношение зависит, в частности, от плотности среды.

Вблизи критической точки CO₂ плотность заметно колеблется: возникают области с разной плотностью, причем по мере приближения к этой точке они становятся крупнее, а изменения — медленнее. Это называют критическим замедлением. Разработанная исследователями статистико-механическая модель учитывает смену конформаций, колебания плотности и диффузию — перераспределение компонентов раствора — и описывает, как эти процессы взаимодействуют.

Расчеты выявили два медленных коллективных процесса: критическое замедление колебаний плотности и диффузию на растущих расстояниях. Сами переходы отдельных молекул между формами при этом могут оставаться быстрыми. Но если растворитель взаимодействует с разными конформациями неодинаково, медленная динамика среды отражается и на сигнале, по которому отслеживают изменения молекул. Авторы назвали этот эффект двойным коллективным замедлением.

На примере ибупрофена в сверхкритическом CO₂ ученые показали, что даже небольшого различия во взаимодействии растворителя с разными формами молекулы достаточно, чтобы медленные процессы стали заметны в измерениях. Отклик может затухать не экспоненциально, а по степенному закону, сохраняя следы первоначального возмущения дольше, чем длится отдельный переход молекулы между формами.

«Медленная память растворителя передается молекулам, хотя скорость самих переходов между формами практически не меняется», — пояснил ведущий научный сотрудник Лаборатории вычислительной физики МИЭМ ВШЭ Юрий Будков. По его словам, работа описывает, как коллективная динамика среды проявляется в наблюдаемом поведении молекул, чьи внутренние превращения остаются быстрыми. Исследование опубликовано в The Journal of Chemical Physics.