Een unieke samenwerking tussen scheikundigen en wiskundigen van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) heeft geleid tot een nieuwe beeldvormingstechniek die de studie van moleculaire zelfassemblage met een ongekend detailniveau mogelijk maakt. De onderzoekers, onder leiding van TU/e-hoogleraren Bert Meijer en Remco van der Hofstad, publiceerden vorige week hun doorbraak in het toonaangevende tijdschrift Wetenschap . De nieuwe techniek opent een wereld van unieke mogelijkheden voor de studie van complexe zelfassemblerende materialen met veel potentiële toepassingen in de elektronica, geneeskunde en energie.

Bij moleculaire zelfassemblage, nieuw materiaal wordt van de grond af aan gemaakt, met eigenschappen die niet in de natuur voorkomen. De onderzoeksgroep onder leiding van prof.dr. Bert Meijer van het ICMS richt zich op materialen die supramoleculaire polymeren worden genoemd:lange strengen opgebouwd uit afzonderlijke moleculen. Deze materialen hebben een verscheidenheid aan mogelijke toepassingen, bijvoorbeeld als biomaterialen in regeneratieve geneeskunde, als nanobuisjes met goede geleidende eigenschappen in de elektronica, of als fotovoltaïsche materialen in toekomstige zonnecellen.

Revolutionaire technologie

Goede beeldvormingstechnieken zijn essentieel om de dynamische processen te begrijpen die plaatsvinden op de kleine micro- en nanoschaal van moleculaire zelfassemblage. De revolutionaire en ingenieuze 'superresolutiemicroscopie'-techniek die de afgelopen jaren is geïntroduceerd, maakt optische beeldvorming mogelijk van objecten met afmetingen die kleiner zijn dan normaal mogelijk zou zijn met een optische techniek. In het journaal Wetenschap , Meijer en wiskundige prof.dr. Remco van der Hofstad van het departement Wiskunde en Informatica presenteert vandaag een nieuwe stap voorwaarts met deze techniek, waardoor moleculaire fenomenen in beeld kunnen worden gebracht die tot nu toe onzichtbaar waren.

Zeldzame samenwerking

De bijdrage van Van der Hofstad was nodig omdat de moleculaire machines die Meijers groep bestudeerde onderhevig zijn aan allerlei willekeurige factoren, wat tot veel 'ruis' in de data leidt. Met de door Van der Hofstad ontwikkelde stochastische modellen kan een veel duidelijker beeld worden gemaakt. "Het was alsof de 'mist' die onze beelden bedekte plotseling optrok", zegt de hoofdauteur van de publicatie Lorenzo Albertazzi. Volgens de Italiaanse onderzoeker is het uniek dat scheikundigen en wiskundigen op deze manier samenwerken. "We zouden het veel vaker moeten doen, aangezien deze expertisegebieden zeer complementair zijn."

Demonstratie

Volgens Albertazzi is de nieuwe techniek een grote stap voorwaarts in het begrijpen van montagereacties. In hun publicatie demonstreren de auteurs hun aanpak met een bekende reactie waarin twee snaren met rode en groene componenten worden gemengd. "Er werd altijd gedacht dat componentenuitwisseling alleen plaatsvindt aan de uiteinden van de snaren. Maar we hebben nu aangetoond dat componenten over de gehele lengte van de string worden uitgewisseld." Albertazzi gelooft dat dit slechts één voorbeeld is van het enorme scala aan nieuwe materialen en reacties die nu duidelijker kunnen worden begrepen met deze techniek.