23 januari 2013
Tegendraadse supergel stijft op bij warmte
Hij wordt stijf bij verwarming en houdt honderd keer beter vocht vast dan andere gelerende stoffen. Scheikundigen van de Radboud Universiteit Nijmegen maakten een kunststof opgebouwd uit spiraalvormig moleculen. De moleculen draaien als een nanotouw in elkaar en vormen uit die touwtjes sterke, stijve netwerken. Bijzonder is dat een oplossing van de stof in koude toestand vloeibaar is en bij warm worden geleert, precies andersom dan bijvoorbeeld gelatine. 24 januari publiceert het wetenschappelijke toptijdschrift Nature een studie die laat zien hoe de supergel werkt en wat de eigenschappen zijn. De onderzoekers zijn, samen met het bedrijfsleven, ook bezig om allerhande biomedische toepassingen voor deze bijzondere gel te ontwikkelen.
afbeelding: Microscoopopname van de supergel
Geïnspireerd door de natuur
De Nijmeegse scheikundigen Prof. Alan Rowan en Dr. Paul Kouwer lieten zich inspireren door de eiwitten die zorgen voor de stevigheid van onze lichaamscellen. Elke cel bevat duizenden van deze zeer dunne, maar stijve draden. De in elkaar gedraaide structuur van deze eiwitten wisten ze na te maken met een synthetisch polymeer, poly-isocyanide (PIC). Kouwer: “De kopie is bijna één op één met het natuurlijke origineel. Dat is absoluut ongekend. Niet alleen lijkt ons materiaal in structuur sprekend op de eiwitten in de cel, ook de sterkte en gevoeligheid van de twee materialen is zo goed als identiek, zelfs als je er ineens heel hard aan trekt.” De structuur zorgt ervoor dat het polymeer over de bijzondere geleerkracht beschikt – voor een emmer water hoeft minder dan 1 gram (zoutzakje) vaste stof toegevoegd te worden voor een stevige gel. Daarmee geleert de stof honderd keer beter dan de veelgebruikte supergeleerders die bijvoorbeeld in luiers gebruikt worden.
Stijf bij warmte, smelt in de koelkast
Daarnaast is de stof bijzonder omdat die opstijft als de oplossing warm wordt. In Nature laten de onderzoeker zien dat de omslagtemperatuur van de oplossing gevarieerd kan worden tussen kamertemperatuur en lichaamstemperatuur. Die instelbaarheid is in het bijzonder belangrijk voor biomedische toepassingen. De gel smelt vervolgens weer als hij wordt afgekoeld.
Toepassingen en patenten
De structuur van de gel geeft enorme mogelijkheden voor biomedische toepassingen. Samen met Noviotech, commercieel partner van de Radboud Universiteit en het Radboud Universiteit Medisch Centrum, worden verschillende richtingen onderzocht. Ondertussen zijn al verschillende patenten geschreven. Rowan: “Eén van de toepassingen is een materiaal voor het groeien and differentiatie van cellen. Een andere potentiële toepassing is het beschermen van wonden. Eenmaal aangebracht schermt de gel de wond af van de buitenwereld. Door de microscopische structuur kunnen wel voedingsstoffen worden toegevoegd, maar kunnen bacteriën buiten worden gehouden. Door na de behandeling te koelen kan de ‘pleister’ weer eenvoudig verwijderd worden.” Maar nieuwe mogelijke toepassingen voor de supergel blijven zich aandienen. Op het moment worden ook bijvoorbeeld filters voor nanomaterialen en zelfs cosmetische toepassingen onderzocht.
Fundamenteel en toegepast onderzoek
De huidige publicatie in Nature beschrijft de fundamentele eigenschappen van dit bijzondere materiaal. Kouwer: “Toen we twee jaar geleden de materialen voor het eerst in ons laboratorium gemaakt hadden, realiseerden we ons dat dit een bijzonder materiaal was. We begrepen het alleen nog niet waarom. Het daaropvolgende onderzoek heeft tot geweldige resultaten geleid. Niet alleen deze publicatie, maar ook omdat we juist door dat fundamentele onderzoek de toepassingen veel beter bereikbaar geworden zijn.”
Responsive biomimetic networks from polyisocyanopeptide hydrogels, Nature 2013, january 24 Auteurs: Paul H. J. Kouwer, Matthieu Koepf, V [bw] incent A. A. Le Sage, Maarten Jaspers, Arend M. van Buul, Zaskia H. Eksteen-Akeroyd, Tim Woltinge, Erik Schwartz, Heather J. Kitto, Richard Hoogenboom, Stephen J. Picken, Roeland J. M. Nolte, Eduardo Mendes en Alan E. Rowan
