Plakkende moleculen gemeten

In ons lichaam bevinden zich veel supramoleculaire polymeren – grote structuren opgebouwd uit kleine moleculen, ook wel monomeren genoemd. DNA is het bekendste voorbeeld van een supramoleculair polymeer. Ook bestaan er al kunstmatige supramoleculaire polymeren, gemaakt door chemici. Deze grote systemen bewegen constant, maar hoe dat gaat weten we niet precies. Daar brengen onderzoekers van de TU Eindhoven verandering in.

Kleurstof te groot

In supramoleculaire polymeren zitten de monomeren niet met stevige bindingen aan elkaar vast, maar plakken ze meer tegen elkaar aan door zwakke interacties tussen de moleculen. Het komt dan ook voor dat een monomeer losraakt en vervolgens weer terugkeert naar het systeem. Tot nu toe werd deze beweging gemeten door een kleurstof te koppelen aan het molecuul. De kleurstof is echter groot in verhouding tot het molecuul, waardoor deze de beweging beïnvloedt.

René Lafleur en Xianwen Lou uit de groep van hoogleraar organische chemie Bert Meijer weten nu de beweging van deze moleculen te meten zonder kleurstoffen. Hiervoor gebruikten ze een meetmethode die al bekend was in de biochemie: hydrogen/deuterium exchange mass spectrometry, of HDX-MS. “Met deze methode bestuderen biochemici eiwitten”, vertelt Lafleur. “Omdat onze polymeren net als eiwitten beweeglijk zijn, is de techniek ook voor deze moleculen geschikt.”

Waterstof vervangen

Het principe van de HDX-MS is vrij simpel. De chemici lossen een materiaal dat een supramoleculair systeem kan vormen op in water. Vervolgens stoppen ze een deel van de oplossing in water waar de waterstofatomen zijn vervangen door deuterium, een vorm van waterstof met een extra neutron in de kern die ongeveer twee keer zo zwaar is. Als de monomeren vervolgens loskomen, nemen de deuteriumatomen de plaats in van de waterstofatomen. “Met het HDX-MS-apparaat kunnen we meten hoeveel monomeren zo’n deuteriumatoom hebben gekregen, want die zijn zwaarder”, legt Xianwen uit. “Dit aantal is een maat voor de beweeglijkheid van de moleculen, want hoe meer deuterium, hoe sneller de monomeren uit en weer in het polymeer bewegen.”