Colloïden met twee gezichten

Onderzoekers van het departement scheikunde hebben nieuwe colloïdale deeltjes ontwikkeld. Dit onderzoek kan leiden tot nieuwe inzichten in complexe structuren, zoals de mantels van virussen. Een toepassing hiervan zou kunnen zijn het rationeel ontwerpen van minuscule omhullingen voor medicijnen. De onderzoeksresultaten worden deze week in PNAS, het Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, gepubliceerd.

Colloïdale deeltjes zijn net als moleculen overal om ons heen. Colloïden zitten in de latex op de muur maar ook in de slagroom op de taart. Colloïden zijn een soort supermoleculen, ze  zijn net als moleculen voortdurend in beweging, maar ze zijn veel groter. Ze zijn hierdoor zichtbaar onder een microscoop en reflecteren licht, dit is bijvoorbeeld terug te zien in de prachtige kleuren van opalen. Colloïden worden ook toegepast in commerciële producten zoals latex, legeringen, coatings en dergelijke.

Schizofrene deeltjes

De nieuwe deeltjes die zijn ontwikkeld hebben een bijzondere eigenschap, één deel van het oppervlak is ruw en het andere deel glad. Onder bepaalde omstandigheden kunnen  de gladde kanten elkaar aantrekken, terwijl  de ruwe kanten, evenals de ruw-gladde zijden, elkaar juist afstoten. Op deze manier kan men heel precies in het oppervlakte patroon van deze nieuwe deeltjes informatie programmeren over de zelforganisatie van deze deeltjes in complexere structuren. Hierdoor kunnen materialen kunnen worden ontwikkeld met hele nieuwe structurele, optische en elektrische eigenschappen. De auteurs demonstreren het principe van ‘programmeerbare interacties’ met deze ‘schizofrene’ deeltjes. Deze deeltjes vormen net zoals zeepmoleculen, micel-achtige structuren, waarbij de colloïdale deeltjes netjes geordend zijn met de gladde kanten naar binnen en de ruwe kanten naar buiten.

Nieuwe eigenschappen materialen

Het bestuderen van de spontane ordening van colloïden  in geordende structuren  levert fundamenteel inzicht op in de generieke factoren die zogenaamde zelfordening bepalen. Dat inzicht kan worden gebruikt voor het ontwikkelen en construeren van materialen met nieuwe structurele, optische en/of elektrische eigenschappen. Mogelijke toepassingen kunnen liggen in het nabootsen van de mantel van een virus waardoor medicijnen op een effectievere manier toegediend kunnen worden. Wat verdere toepassingen zijn, zal de toekomst uitwijzen, de eerste stappen in die richting zijn met dit onderzoek van Daniela Kraft en de medewerkers van het Van ’t Hoff Laboratorium al gezet.

Onderzoek

De onderzoeken zijn uitgevoerd in de groep Fysische en Colloïdchemie van de Universiteit Utrecht en op de Harvard University in de Verenigde Staten. Tevens zijn er computer simulaties gedaan in de groep ‘Soft Condensed Matter’ van het departement natuurkunde van de Universiteit Utrecht om beter inzicht te krijgen in de wisselwerkingen tussen deze nieuwe colloidale deeltjes en de zelf-organisatie in colloidale clusters.

Publicatie
Surface roughness directed self-assembly of

patchy particles into colloidal micelles”, Proceedings of the Nationl Academy of Sciences, 18 juni 2012, Daniela J. Kraft, Ran Ni, Frank Smallenburg, Michiel Hermes, Kisun Yoon, David A. Weitz, Alfons van Blaaderen, Jan Groenewold, Marjolein Dijkstra, and Willem K. Kegel; PNAS 2012 ; published ahead of print June 19, 2012, doi:10.1073/pnas.1116820109

Link naar de pre-publicatie (officiele publicatie is nog niet uit): http://www.pnas.org/content/early/2012/06/15/1116820109.full.pdf+html

Meer informatie

Jacqueline Collewijn, bètawetenschappen, Universiteit Utrecht, (030) 253 7317, j.m.collewijn@uu.nl.
B.g.g. Perscommunicatie Universiteit Utrecht, (030) 253 3550, perscommunicatie@uu.nl.