Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!
Volgens de onderzoekers is de structuur van het synthetische, microscopische deeltje, gecompliceerder dan veel van de meest complexe, natuurlijke deeltjes.
Mensen met hooikoorts hoef je het niet te vertellen. We zitten er middenin: het pollenseizoen. Echt goed kunnen we ze met het blote oog niet zien, deze stuifmeelkorrels, en dat is eigenlijk best jammer. De piepkleine deeltjes zijn er namelijk in allerlei bizarre, extreem complexe vormen en maten: gelobd, met groeven, bedekt met stekels, en véél meer. Een Google-zoekopdracht waardig.
Om beter te begrijpen wat het ontstaan van dergelijke, buitengewoon complexe structuren drijft, probeerde een interdisciplinaire team onderzoekers dergelijke deeltjes in het laboratorium te maken. Het resultaat: gestekelde ‘balletjes’ van slechts een paar miljoenste van een millimeter breed. De synthetische microdeeltjes zijn complexer dan het gros van de natuurlijke tegenhangers, zo schrijven de onderzoekers in vakblad Science.
Lees ook:
Indrukwekkend ‘kalkpantser’
De natuur is een kei in het maken van complexe structuren op micro- en nanoschaal. Een mooi voorbeeld op de schaal van de synthetische deeltjes die de onderzoekers maakten, zijn de zogenaamde coccolithoforen. Deze eencellige algen staan bekend om hun heel gedetailleerde kalkstenen pantsertjes.
Door zelf dergelijke deeltjes te maken, hoopten de onderzoekers het ontstaan van die complexiteit in de natuur beter te begrijpen. Overigens is het niet de eerste keer dat onderzoekers de hand leggen aan het maken van complexe microdeeltjes. Tot nu toe was er echter geen goede manier om een waarde aan de complexiteit te hangen.
‘Numbers rule the world’, zegt coauteur Micholas Kotov in een persbericht. ‘Als we in staat zijn een waarde aan de complexiteit te hangen, kunnen we nieuwe tools zoals kunstmatige intelligentie en machine learning gebruiken om micro- en nanodeeltjes te ontwerpen.’
Spiegelbeeld
Een sleutelrol bij complexiteit blijkt volgens de onderzoekers zogenaamde chiraliteit te zijn. Chiraliteit is asymmetrie in de ruimtelijke opbouw van moleculen. Net als bij je handen bestaan er van chirale moleculen twee versies. Ze zijn elkaars spiegelbeeld: ze lijken identiek, maar zijn het niet. Dit ogenschijnlijk kleine verschil zorgt dat beide spiegelbeelden nét andere eigenschappen hebben. In dit geval uit het zich in de neiging van zo’n deeltje om ofwel een twist met de klok mee, of tegen de klok in te hebben.
Het team introduceerde chiraliteit in hun synthetische deeltjes: goud-sulfide vellen van slechts een paar nanometer groot. Dit deden ze door het te coaten met het chirale animozuur cysteïne. De ene vorm zorgde voor een stapeling van de vellen met de klok mee, de andere voor een stapeling tegen de klok in. In het geval van het meest complexe deeltje (zie afbeelding hieronder) dat de onderzoekers maakten, een bal met gedraaide stekels, was elk vel gecoat met dezelfde cysteïne-vorm.
Voordelig
Complexiteit kan heel handig zijn. De minuscule stekels op stuifmeelkorrels voorkomen bijvoorbeeld dat de pollen aan elkaar blijven plakken. Een dergelijk voordeel was ook te zien bij de synthetische deeltjes, zo schrijven de onderzoekers. De stekels hielpen de deeltjes zich in vrijwel elke vloeistof homogeen te verspreiden.
De onderzoekers hopen dan ook met de nieuwe inzichten onder meer bij te kunnen dragen aan de ontwikkeling van stabielere vloeistof-deeltjes-mengsels, zoals verf. Daarbij zou hun werk onderzoekers in de toekomst kunnen helpen deeltjes te maken om biosensors, elektronica en de efficiëntie van chemische reacties te verbeteren.
Bronnen: Science, EurekAlert!
Beeld: Wenfeng Jiang, Kotov Lab, University of Michigan; www.mikrotax.org; NASA/Goddard Space Flight Center