Je leest:

Op weg naar betere supramoleculaire materialen

Op weg naar betere supramoleculaire materialen

Eindhovense onderzoekers krijgen grip op moleculaire zelfassemblage

Auteur: | 24 januari 2012

Chemici van de Technische Universiteit Eindhoven begrijpen steeds beter hoe losse moleculen zichzelf kunnen stapelen tot grote, supramoleculaire structuren. Sinds kort kunnen Peter Korevaar en Tom de Greef het proces van moleculaire zelfassemblage zelfs sturen. Ze publiceerden er vorige week over op de website van Nature. Het onderzoek kan de productie verbeteren van uiteenlopende producten als organische zonnecellen, plastic elektronica en zelfreparerende coatings.

Onderzoek aan zichzelf organiserende moleculen.

“We hebben nu méér mogelijkheden om materialen met bijzondere eigenschappen te maken”, zegt Peter Korevaar. In het laboratorium van Spinozaprijswinnaar professor Bert Meijer ontdekte hij dat er variatie mogelijk is in de manier waarop bepaalde moleculen zichzelf stapelen tot grote ‘supramoleculaire’ structuren. Dat is bijzonder.

Korevaar legt uit: “Tot nu toe dachten wetenschappers dat moleculaire zelfassemblage slechts één eindproduct kon opleveren. De tussenliggende processtappen zouden er niet toe doen. Wij laten zien dat dat een misvatting is: de tussenliggende processtappen zijn wel degelijk van groot belang.”

Geen chemische reactie

Bij moleculaire zelfassemblage organiseren moleculaire bouwstenen zichzelf tot een grote en soms complexe structuur, een supramoleculaire structuur. In de levende natuur komt dit veel voor, bijvoorbeeld bij de vorming van celmembranen. Een bijzonder kenmerk van deze moleculaire assemblage is dat chemische reacties achterwege blijven. De organisatie van de bouwstenen is het gevolg van subtiele moleculaire interacties, zoals bijvoorbeeld bij waterstofbruggen.

Het beheersen van de principes van moleculaire zelfassemblage opent de deur naar het creëren van totaal nieuwe materialen met heel bijzondere eigenschappen. Denk bijvoorbeeld aan zelfreparerende coatings. De eigenschappen van deze materialen hangen sterk af van de manier waarop de bouwblokjes gestapeld zijn; een klein verschil in stapeling kan tot heel andere eigenschappen leiden. Daarom willen de Eindhovense onderzoekers het assemblageproces in detail kunnen begrijpen, om het vervolgens subtiel te kunnen manipuleren.

Wenteltrappen

Korevaar en De Greef laten in de Nature publicatie zien dat het eindresultaat van de moleculaire assemblage niet persé de meest stabiele supramoleculaire structuur is. Tussenliggende processtappen kunnen er voor zorgen dat andere stapelingen de voorkeur krijgen.

Peter Korevaar (links) en Tom de Greef. De blauwe wenteltrapjes stellen de supramoleculaire structuren voor waarvan ze het zelf-assemblageproces in Nature beschrijven. De maatkolfjes bevatten de bouwstenen voor deze supramoleculaire polymeren.
TU/e | Bart van Overbeeke

De Eindhovense chemici deden hun onderzoek aan een molecuul dat zich gemakkelijk laat ‘bekijken’. Ze brachten het in kaart met UV-vis spectroscopie, waarbij de adsorptie van UV- of zichtbaar licht wordt gemeten. Het gaat om het molecuul SOPV, dat voluit S-chiraal oligo(p-phenyleenvinyleen) heet. Je komt dit soort moleculen onder andere tegen in organische elektronica.

SOPV stapelt zich normaal gesproken tot linksdraaiende ‘wenteltrappen’. Maar, zo bleek uit het onderzoek, als de omstandigheden zo zijn dat een hele snelle assemblage mogelijk is, dan ontstaan wenteltrappen met een tegengestelde draairichting. Het bleek ook mogelijk om de vorming van de rechtsdraaiende wenteltrappen te forceren door een klein beetje wijnsteenzuur toe te voegen.

Schematische weergave van de vorming van de gedraaide polymeerketens van SOPV.
TU/e | ICMS

Wereld te winnen

Het Eindhovense onderzoek maakt deel uit van het researchportfolio van het Institute for Complex Molecular Systems van de TU Eindhoven. Het ICMS is een instituut dat topwetenschappers uit meerdere disciplines bijeenbrengt rond de vraag: in hoeverre kunnen we grip krijgen op moleculaire zelfassemblage?

Uit de studie werd duidelijk dat de twee mogelijke stapelingen (linksom versus rechtsom) elkaar als het ware beconcurreren. Korevaar: “We hebben nu uitgeplozen hoe de omstandigheden bepalen welke stapeling uiteindelijk het ‘gevecht’ gaat winnen. Die kennis gaan we nu gebruiken in onderzoek naar andere, praktisch relevante materialen, zoals zonnecellen. Er is een wereld te winnen met dit soort studies”.

Hij vertelt dat bijvoorbeeld bij de ontwikkeling van organische zonnecellen en elektronica veel ‘trial and error’ nodig is om tot goed werkende producten te komen. Vaak verslechteren de eigenschappen van de supramoleculaire materialen vanwege de productieomstandigheden. “Niemand snapte eigenlijk goed waarom dat zo moeilijk was. Met wat wij nu hebben geleerd is dat veel beter te begrijpen.”

Bronnen

  • Artikel: Peter Korevaar, Subi George, Bart Markvoort, Maarten Smulders, Peter Hilbers, Albert Schenning, Tom de Greef, Bert Meijer Pathway Complexity in Supramolecular Polymerization Nature, Advanced Online Publication 18 januari 2012. DOI: 10.1038/nature10720
  • Persbericht TU/e: Moleculaire zelfassemblage sturen over verschillende routes

Meer over supramoleculaire chemie en zelfassemblage op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/zelfassemblage/moleculaire-zelfassemblage/supramoleculaire-chemie/index.atom?m=of", “max”=>"15", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 24 januari 2012

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.