Het maken van membranen is van enorm belang in de biologie, maar ook in veel door mensen ontwikkelde chemische toepassingen. Deze membranen worden spontaan gevormd wanneer zeepachtige moleculen in water samenkomen. Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven hebben nu een duidelijk beeld van het hele proces. Membraanvorming blijkt te beginnen bij nanodruppeltjes in het water met een hogere concentratie zeepachtige moleculen. Als je die nanodruppels kunt beheersen, je kunt de vorm controleren, dikte en grootte van de membranen. Dit is van groot belang voor, onder andere, de ontwikkeling van nieuwe nanomedicijnen. De resultaten zijn gepubliceerd in Natuurchemie .

biologische membranen, en door de mens gemaakte varianten, bestaan ​​uit amfifiele moleculen, waarvan zeep een voorbeeld is. Deze moleculen hebben een kop die zich bindt met water, maar een staart die zich van het water afkeert. Je kunt je voorstellen dat een groep van zulke moleculen in water, zet bij voorkeur de staarten bij elkaar, en steekt de koppen uit, richting het water. Soortgelijke processen domineren ook de vorming van membranen. Vaak zijn ze bolvormig, zoals liposomen, dus je kunt, bijvoorbeeld, doe er een medicijn in. En ook het ultieme membraan, de celwand, is op een vergelijkbare manier opgebouwd.

Hoe nanodruppels zichzelf in elkaar zetten

Tot nu, de vorming van 'micellen' werd beschouwd als de eerste stap in membraanvorming. Een micel is een extreem kleine bolvormige structuur (ongeveer 100 nanometer) van amfifiele moleculen - allemaal met de staarten naar binnen en de koppen naar buiten. Echter, Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven ontdekten een ander begin:de vorming van nanodruppeltjes in water met een hogere concentratie amfifiele moleculen. Op het raakvlak van die druppel, de amfifiele moleculen, als het ware, elkaar bij de hand nemen:eerst vormen ze bollen, die dan veranderen in cilinders of platen, en dan ontstaat er een gesloten membraan dat de nanodruppel omsluit. Met dit zogenaamde 'zelfmontage'-proces, de druppel is een liposoom geworden.

Het onderzoeksteam voorspelde deze uitkomst op basis van een wiskundig model en computersimulaties, en bevestigde het vervolgens met een heel speciale vorm van elektronenmicroscopie. Met vloeistoffase-elektronenmicroscopie, ze zouden video's kunnen maken van de vorming van liposomen. Omdat gewone amfifiele moleculen te klein zijn om zelfs deze vorm van microscopie te kunnen zien, de onderzoekers gebruikten veel grotere moleculen die op dezelfde manier werken (blokcopolymeren).

Toepassingen

Volgens de onderzoekers is hun nieuwe inzichten zijn fundamenteel om de zelfassemblage van membranen beter te beheersen. Ze verwachten de kennis terug te zien in een breed scala aan toepassingen. Onder andere, hoogleraar Nico Sommerdijk, een van de onderzoekers, denkt aan nanogeneeskunde, waaronder betere manieren om geneesmiddelen tegen kanker op de juiste plaats in het lichaam af te leveren, door ze in liposomen in te kapselen.