Een Nederlands-Amerikaans team heeft een simpele en betaalbare manier bedacht om kunstmatig parelmoer te maken dat qua eigenschappen niet veel onderdoet voor het echte spul. Twee soorten bacteriën doen daarbij het eigenlijke werk, valt te lezen in het tijdschrift Small.

Oesters en sommige andere schelpdieren maken dat parelmoer aan als binnenbekleding van hun schelpen. Het bestaat voornamelijk uit flinterdunne, plaatvormige aragonietkristallen, een vorm van calciumcarbonaat (CaCO₃). Die kristallen worden bij elkaar gehouden door een mix van eiwitten en andere organische biomoleculen, waarbij organische en anorganische laagjes elkaar afwisselen. Hoe zo’n schelpdier dat regisseert is nog steeds niet helemaal duidelijk, maar de breuksterkte van het resultaat ligt minstens een paar honderd keer boven die van puur aragoniet.

Al vaker is geprobeerd deze structuur na te maken, en soms lukte dat aardig. Maar tot nu toe waren de recepten telkens te complex en te duur om meer dan academische waarde te hebben.

Marie-Eve Aubin-Tam van de Technische Universiteit Delft en Anne Meyer, recent verhuisd van de TU Delft naar de University of Rochester (VS), laten nu zien dat het ook simpel kan. Voor het aragoniet schakelen ze de bacterie Sporosarcina pasteurii in, die van nature ureum afbreekt tot NH₄⁺ en CO₃^2-. Daardoor verhoogt hij de pH van zijn omgeving voldoende om CaCO₃ vanzelf te laten neerslaan, zolang er voldoende calcium aanwezig is.

De organische component wordt verzorgd door een stam van Bacillus licheniformis die van nature polyglutaminezuur (PGA) afscheidt, formeel een eiwit maar beter te omschrijven als een biopolymeer. Glutaminezuur is een aminozuur met een tweede zuurgroep in de zijketen, dus het polymeer is anionisch en in staat zich aan CaCO₃ te hechten. Volgens de auteurs werken de negatief geladen uitsteeksels tevens als kiem voor de volgende laag aragonietkristallen.

Het recept is dan dat je eerst S. pasteurii een laagje kristallen laat kweken op een perspexplaatje. Vervolgens dompel je het in een PGA-oplossing die je door B. licheniformis hebt laten aanmaken, en daarna mag S. pasteurii weer aan de slag. Zo kweek je een soort micro-multiplex van enkele tientallen lagen dik.

Onder de elektronenmicroscoop lijkt het net echt parelmoer. De mechanische eigenschappen zijn lang niet zo goed, maar al een aantal malen beter dan die van puur calciumcarbonaat. En ongetwijfeld valt daar nog aan te sleutelen, bijvoorbeeld door de gebruikte bacteriën genetisch aan te passen.

Enigszins arbeidsintensief is het allemaal wel. Maar de grondstoffen kosten vrijwel niets en je hebt geen verhoogde druk of temperatuur nodig, en ook geen agressieve chemicaliën. Bovendien hoeft het plaatje niet plat te zijn; de auteurs verwachten dat je ook 3D-prints en andere complexe vormen kunt voorzien van een laagje parelmoer. Als het zo uitkomt kun je daarna de kunststof er makkelijk onderuit halen, met behulp van een oplosmiddel dat parelmoer niet aantast.

bron: University of Rochester, TU Delft