Materialen die zichzelf assembleren en zichzelf vernietigen zodra hun werk is gedaan, zijn zeer voordelig voor een aantal toepassingen - als componenten in tijdelijke gegevensopslagsystemen of voor medische apparaten. Bijvoorbeeld, dergelijke materialen kunnen de bloedvaten tijdens de operatie afsluiten en vervolgens weer openen. Dr. Andreas Walther, onderzoeksgroepleider bij DWI – Leibniz Institute for Interactive Materials in Aken, een waterig systeem ontwikkeld dat een enkel startpunt gebruikt om zelfassemblage te induceren, waarvan de stabiliteit is voorgeprogrammeerd met een levensduur voordat demontage plaatsvindt zonder extra extern signaal - waardoor een kunstmatig zelfregulerend mechanisme wordt gepresenteerd in gesloten omstandigheden. Hun resultaten worden gepubliceerd als het omslagartikel van deze week in Nano-letters .

Biologisch geïnspireerde principes voor de synthese van complexe materialen zijn een van de belangrijkste onderzoeksinteresses van Andreas Walther. Om de bereiding van zeer kleine, uitgebreide objecten, nanotechnologie maakt gebruik van zelfassemblage. Gebruikelijk, in door de mens gemaakte zelfassemblages, moleculaire interacties begeleiden kleine bouwstenen om te aggregeren tot 3D-architecturen totdat een evenwicht is bereikt. Echter, de natuur gaat nog een stap verder en verhindert dat bepaalde processen in evenwicht komen. Montage concurreert met demontage, en er vindt zelfregulering plaats. Bijvoorbeeld, microtubuli, componenten van het cytoskelet, voortdurend groeien, verkleinen en herschikken. Zodra ze geen biologische brandstof meer hebben, ze zullen demonteren.

Dit motiveerde Andreas Walther en zijn team om een ​​waterige, gesloten systeem, waarbij de precieze balans tussen assemblagereactie en geprogrammeerde activering van de afbraakreactie de levensduur van de materialen regelt. Een enkele startinjectie zet het hele proces op gang, wat deze nieuwe aanpak onderscheidt van de huidige responsieve systemen die altijd een tweede signaal nodig hebben om de demontage te activeren.

De aanpak maakt gebruik van pH-veranderingen om het proces te beheersen. De wetenschappers drukken op de startknop door een basis en een slapende deactivator toe te voegen. Dit verhoogt eerst snel de pH en de bouwstenen – blokcopolymeren, nanodeeltjes of peptiden – assembleren dan tot een driedimensionale structuur. Tegelijkertijd, de verandering van pH stimuleert de slapende deactivator. Promovendus Thomas Heuser legt uit:"De slapende deactivator wordt langzaam geactiveerd en activeert een uit-schakelaar. Maar het duurt even voordat de uit-schakelaar zijn volledige potentieel ontplooit. Afhankelijk van de moleculaire structuur van de deactivator, dit kunnen minuten zijn, uur of een hele dag. Tot dan, de zelf-geassembleerde nanostructuren blijven stabiel."

Momenteel wordt een hydrolytische reactie gebruikt om de slapende deactivator te activeren. Echter, Andreas Walther en zijn team werken al aan meer geavanceerde versies, die een enzymatische reactie omvatten om het zelfvernietigingsmechanisme langzaam op gang te brengen.