Persbericht

Puddingachtige materialen bieden basis voor nieuwe verf, prothese en zonnecellen

Gepubliceerd op
9 april 2014

Als we het groepsgedrag van de moleculaire bouwstenen van zachte, puddingachtige materie in de natuur beter begrijpen, opent zich een breed perspectief aan toepassingsmogelijkheden. Dat voorziet prof.dr.ir. Jasper van der Gucht in zijn inaugurele rede bij de aanvaarding van het ambt van hoogleraar Fysische chemie en kolloïdkunde aan Wageningen University op 10 april. Hij breekt een lans voor fundamenteel onderzoek waarvan de ‘deliverables’ niet van te voren vaststaan.

In zijn inaugurele rede ‘Groepsgedrag op de nanoschaal’ beschrijft de nieuwe hoogleraar Fysische chemie en kolloïdkunde hoe moleculen chaotisch bewegen waardoor hun afzonderlijke gedrag meteen onvoorspelbaar wordt. “Het lijkt een hopeloze missie om het gedrag van dit soort systemen te voorspellen, omdat het aantal deeltjes een triljard kan zijn”, zegt prof. Van der Gucht. Maar over het groepsgedrag van deze deeltjes op de schaal van nanometers is juist heel veel te vertellen, omdat blijkt dat eiwitten, vetten en andere grote moleculen zich vaak zelf organiseren tot grotere netwerkachtige structuren. “En die zijn ook nog eens in staat een kunstje te vertonen, zoals beweging”, voegt prof. Van der Gucht toe. In levende cellen organiseren die moleculen zich spontaan, zonder bouwplan of sturing van buitenaf, en ze repareren zichzelf bovendien.

Chemici en materiaalkundigen kijken met enige jaloezie naar de dynamische, zelf-herstellende  structuren in de natuur, zegt prof. Van der Gucht, “Maar we beginnen de principes van zelforganisatie steeds beter te begrijpen. Daarmee kunnen we kunstmatige zelforganiserende materialen ontwerpen.” Als voorbeeld noemt hij verf op waterbasis die gemakkelijk is aan te brengen maar niet van de muur stroomt. Of ‘slimme’ minizakjes die een medicijn kunnen bevatten dat op een gecontroleerde manier op de juiste plek in het lichaam wordt afgeleverd, bijvoorbeeld bij een tumor waar de zuurgraad net even afwijkt. Maar ook onze huid is opmerkelijk zacht, vervormbaar en supersterk. Via de bouwstenen, zgn. structuureiwitten, en kunstmatige eiwitten onderzoekt de groep van prof. Van der Gucht samen met medici of deze nieuwe zachte materialen zijn in te zetten als bijvoorbeeld alternatief voor donororganen of metalen implantaten. Ook kunnen er aan ontworpen eiwitten nieuwe functionaliteiten gehecht worden, zoals een antibacteriële werking. “Ik voorzie daarom een rooskleurige toekomst voor deze op de natuur geïnspireerde materialen”, concludeert prof. Van der Gucht.

Fundamenteel

De studie van het groepsgedrag van moleculen op nanoschaal is echter niet primair gericht op toepassingen. De onderzoeksgroep Fysische chemie en kolloïdkunde is vooral geïnteresseerd in de principes van de manier waarop moleculen structuren en materialen vormen. Maar omdat de natuur veel heeft bereikt, is er in de wetenschap een zoektocht naar manieren om die natuur te imiteren. Voorbeeld is de blauwe metaalgloed van een kever of pauwveer die geen blauwe kleurstoffen bevatten en toch een fantastische glans geven door hun onderliggende ‘fotonische kristallen’ die futuristisch toepasbaar zouden kunnen zijn in supersnelle optische datacommunicatie of voor betere zonnecellen.

Die innovatie laat zich echter niet regisseren, betoogt prof. Van der Gucht. Veel technologische vernieuwingen ontstaan juist door onderzoek dat niet op toepassing was gericht, zoals Faraday en Maxwell eind 19e eeuw aantoonden. “Hadden zij zich op de toenmalige topsectoren moeten richten, dan hadden we nu waarschijnlijk heel goede kaarsen gehad, maar geen elektrisch licht”, besluit prof. Van der Gucht.