揭示有机分子晶体的滑移行为：对乙酰氨基酚（扑热息痛）的原子力显微镜纳米压痕研究

【编辑推荐】本研究通过原子力显微镜（AFM）纳米压痕技术，首次系统解析了对乙酰氨基酚（API）单晶的塑性变形机制，发现堆垛（pile-up）特征与特定晶面滑移系统的关联性，提出基于几何特征的滑移面自动识别策略，为药物分子晶体（如固体制剂）的机械性能优化提供新范式。

　　

Highlight

有机分子晶体在机械应力作用下会展现独特的滑移行为，本研究以镇痛药对乙酰氨基酚（Acetaminophen）为模型，通过原子力显微镜（AFM）纳米压痕技术揭示了其塑性变形机制。压痕周围形成的平行堆垛（pile-up）特征被证实与特定晶面滑移系统直接相关，由此开发了一种基于几何学的自动滑移面识别方法，为理解药物晶体在加工（如粉碎milling）中的结构演变提供了新工具。

Experimental

对乙酰氨基酚单晶通过乙醇溶液缓慢蒸发法生长：将300mg原料溶于25ml乙醇（40°C搅拌1小时），50°C恒温24小时后过滤，室温静置48小时获得大尺寸晶体。采用X射线衍射（XRD）验证晶体结构后，使用AFM纳米压痕仪进行力学测试，通过悬臂梁传感器定量加载力并记录压痕形貌。

Results

如图1所示，纳米压痕在晶体表面留下具有特征性平行刻痕的压痕，这些刻痕实为滑移面（slip plane）的宏观表现。通过分析堆垛面的三维形貌，结合滑移迹线角（?_trace）与晶面角（?_plane）计算，证实堆垛几何与理论预测的滑移系统高度吻合。有趣的是，不同晶面压痕会激活不同滑移系，例如在（001）面主要观测到{021}族滑移面——这与无机晶体常见的{111}低指数面形成鲜明对比，凸显了有机分子晶体的低对称特性。

Conclusions

本研究证实：有机单晶压痕周围的平行堆垛面是滑移活动的直接证据。开发的自动识别算法可高效定位并标定活性滑移面，克服了传统方法对高对称性晶体的依赖。这一发现为预测药物晶体在粉碎、压片等工艺中的机械响应提供了新思路，有望指导具有优化加工性能的API晶体设计。