Heel lokaal crosslinken is de elegantste manier om globes te maken uit een plat stuk polymeerfolie. Alleen wordt hij meteen weer plat als je hem in de zon laat staan, laten Ryan Hayward en collega’s (University of Massachusetts Amherst) zien in het jongste nummer van Science.

De techniek, die ze ‘halftone gel lithography’ hebben gedoopt, is losjes afgekeken van het plantenrijk. Daar krijgen bladeren hun 3D-vorm doordat sommige van de bladcellen sneller groeien dan andere, zodat het geheel op een gecontroleerde manier kromtrekt.

De kunstmatige variant is gebaseerd op een polymeergel die opzwelt wanneer hij water opneemt. De mate van zwelling is afhankelijk van het aantal crosslinks tussen de moleculen: hoe sterker het materiaal gecrosslinkt is, des te minder het nog kan uitzetten.

En dat polymeer is dusdanig samengesteld dat die crosslinks tot stand komen door UV-belichting, en dat dat proces zo langzaam gaat dat je het gemakkelijk kunt doseren door te spelen met de belichtingstijd.

(Om precies te zijn is het een copolymeer van voornamelijk N-isopropylacrylamide met hier en daar een crosslinkbare benzofenon-acrylamidebouwsteen)

De procedure is om het vloeibare polymeer uit te strijken op een vaste ondergrond. Vervolgens laat je de gewenste 2D-vorm een heel klein beetje crosslinken door even te belichten via een masker. Net voldoende om er daadwerkelijk een flexibele vaste stof van te maken. Het niet belichte polymeer spoel je weg.

Daarna belicht je veel langduriger via een tweede masker, waarin een uitgekiend gaatjespatroon zit. Ter hoogte van die overbelichte gaatjes komen dan veel meer crosslinks tot stand.

Stel je het resultaat daarna bloot aan vocht, dan wil het polymeer gaan zwellen. De overbelichte plekken zwellen echter niet of nauwelijks, met als gevolg dat de film kromtrekt. Door zowel de locatie als de diameter van die overbelichte plekken nauwkeurig uit te kiezen, kun je dat kromtrekken sturen. Het blijkt zelfs mogelijk om uit een plat vlak een vrijwel perfecte bolvorm te maken.

Stel je het materiaal bloot aan een iets hogere temperatuur, denk aan 50 graden Celsius, dan dampt het water er uit en verdwijnt de zwelling, zodat het materiaal gewoon weer vlak trekt.

De bedenkers hopen op toepassingen in de biomedische wetenschap. Maar ze lijken vooral onder de indruk van de uitdaging, die zit in het wiskundig voorspellen van de uiteindelijke vorm.

bron: UMass Amherst