Borstelwormen scheiden onder water een lijm af waarmee ze een huisje van zand en stukjes schelp bouwen. Onderzoekers van de Wageningen Universiteit proberen de sterke lijm na te bootsen, bijvoorbeeld om straks inwendige wonden te dichten zonder naald en draad.
De borstelworm Phragmatopoma californica is een eigenaardig diertje om te zien. Hij is donkerbruin, 7,5 centimeter groot en draagt een kroon van lavendelkleurige tentakels. Aan de kust van Californië, waar hij leeft, verschuilt hij zich in het zand. Het simpele bestaan van de wormpjes zal de meeste mensen volledig ontgaan. Wie er wel oog voor heeft, is fysisch chemicus Marleen Kamperman van de Wageningen Universiteit. Voor haar is de borstelworm zelfs een bron van inspiratie.
Trucjes van de natuur
Wat moet een chemicus met een borstelworm? Kamperman en haar collega’s ontwikkelen nieuwe materialen, waarbij ze slimme oplossingen uit de natuur als voorbeeld nemen. Het leven van een borstelworm spreekt niet meteen tot de verbeelding, maar hij doet iets waar wetenschappers met verbazing naar kijken: hij bouwt onder water een cilindervormig huisje door stukjes schelp en steentjes aan elkaar te plakken. Die onderwaterlijm probeert de onderzoeksgroep na te maken.
Hun onderzoek staat niet op zichzelf. Er zijn meer dieren waar de wetenschap met bewondering naar kijkt, omdat ze fascinerende trucjes hebben. Die trucjes hebben ze ontwikkeld om hun leefomgeving het hoofd te kunnen bieden. Neem de mossel, die zet zichzelf goed vast aan een rots, anders spoelt hij weg. Met een sterke onderwaterlijm lukt dat.
De borstelwormen maken huisjes in de vorm van holle tubes door zand en stukjes schelp aan elkaar te lijmen.
Fred Hayes, University of UtahPlakken en lijmen
Door hun taaie plaksel, die superieur is aan synthetische lijm, staat de mossel al vanaf de jaren 70 in de belangstelling bij onderzoekers. Inmiddels is van meer dieren bekend dat ze goed kunnen plakken en lijmen, zoals spinnen, zeekomkommers en kokerjuffers. En niet te vergeten de borstelworm, waar de Wageningse chemici nu de kunst bij afkijken.
Als dit wormpje zelf zo’n goede lijm maakt, die nuttig kan zijn voor mensen, waarom tappen we het goedje niet gewoon af? Dat is onpraktisch en te duur, zegt Kamperman. “Het gaat, zeker bij de borstelworm, om zeer kleine hoeveelheden. Hij gebruikt alleen een klein beetje lijm tussen de steentjes van zijn huisje. Je zou bakken met wormen moeten kweken om één tube lijm te maken.”
Er zit dus maar één ding op: de lijm namaken. “We weten dat de borstelworm een mengsel maakt van positief en negatief geladen eiwitpolymeren”, legt Kamperman uit. In het laboratorium doet zij hetzelfde. “Als we polymeren onder de juiste omstandigheden mengen met water in een bekertje, dan belanden bijna alle polymeren als een plakkerig goedje op de bodem. In dat plaksel zelf zit vijftig tot zestig procent water, maar het goedje mengt zelf niet met de rest van het water. Daardoor kan je de lijm onder water gebruiken zonder dat het alle kanten op stroomt.”
Baarmoeder
Het is de bedoeling dat chirurgen de lijm in de toekomst gebruiken voor het plakken van inwendige wonden. Bij operaties in de baarmoeder bijvoorbeeld. Baarmoederweefsel, dat van zichzelf al slecht heelt, is lastig te hechten omdat het in zo’n natte omgeving ligt. Het is veelbelovend om de wond te dichten door er een lijmmengsel op te spuiten.
Onderwaterlijm wordt ook gebruikt in de scheepvaart, maar in die sector zijn grote hoeveelheden nodig tegen lage kosten. Kamperman: “De polymeren die wij maken zijn ingewikkeld en zullen niet goedkoop worden. Voor de scheepvaart zijn ze dus niet geschikt. In de geneeskunde zijn maar kleine hoeveelheden nodig en heeft onderwaterlijm een grote toegevoegde waarde.”
Te vloeibaar
Zo ver is het nog niet. Het maken van de polymeren is goed te doen en het mengen ervan gaat ook vrij goed. “Maar daarmee hebben we nog geen goede lijm: het spul vloeit nog teveel.” Dat te verhelpen is nu de grootste uitdaging. Het materiaal moet een bepaalde vastigheid hebben. Om dat voor elkaar te krijgen brengen de chemici nu crosslinks aan, bindingen die de polymeren aan elkaar koppelen. “Zonder die crosslinks trek je het materiaal zo uit elkaar.”
De polymeren die nu in de lijm zitten, zijn ook nog niet biologisch afbreekbaar. “Dat moet veranderen willen we straks zonder naald en draad weefsels aan elkaar plakken”, zegt Kamperman. “We denken er al over na welke polymeren we straks kunnen gebruiken die wél biologisch afbreekbaar zijn. Maar ons onderzoek draait nu om het bevestigen van het principe: dat we een lijm kunnen maken gebaseerd op een mengsel van positieve en negatieve polymeren.”
Ideeëngenerator
Hoe mengt de borstelworm polymeren eigenlijk tot een lijm? Het systeem is niet helemaal duidelijk. Uit biologisch onderzoek is wel bekend dat ze klieren hebben die bolletjes afgeven waarin de verschillende polymeren gemengd en verpakt zijn. Waarschijnlijk barsten die bolletjes open in het zeewater en klontert de inhoud samen. Wat overblijft is dan een plakkerig smeerseltje.
Gelukkig is het niet nodig om het hele systeem van de borstelworm te begrijpen, voor de chemici zelf aan de slag kunnen. Het dier zo goed mogelijk kopiëren, is niet het doel.
“Het diertje is meer een ideeëngenerator, net zoals de gekko dat was”, legt Kamperman uit. De harige voetzooltjes van de gekko zijn al tientallen jaren inspiratiebron voor het maken van materialen. Zulke oppervlakken, die goed hechten en weer los kunnen laten, zijn er al, maar ze raken steeds verder af van het systeem van een echte gekko. “We gebruiken de borstelworm nu als inspiratie, maar gaandeweg leren we steeds meer over welke principes we nodig hebben. De onderwaterlijm lijkt straks misschien wel helemaal niet meer op het plaksel van dit wormpje.”