In Groningen zijn nanobuisjes mét nanokurkjes ontwikkeld die naar keuze kunnen worden ontkurkt of afgebroken door ze respectievelijk met zeep of uv-licht te behandelen. Ben Feringa en collega’s beschreven dit nieuwe hoogstandje op het gebied van moleculaire zelfassemblage onlangs in Nature Nanotechnology.

Ze hebben het hele proces ook nog live kunnen volgen met behulp van fluorescentiemicroscopie.

De nanobuises ontstaan uit een speciaal voor de gelegenheid gesynthetiseerd, amfifiel molecuul. Het bestaat uit een kern van twee keer drie ringen,met aan de ene kant twee hydrofiele oligoethyleenglycol-staarten en aan de andere kant twee hydrofobe alkylstaarten. Die laatste twee zitten op een dusdanige afstand van elkaar dat er precies een derde staart tussen past van een ánder molecuul van het zelfde type. Gevolg is dat zich in water vanzelf een 3 nanometer dikke bilaag vormt: twee lagen moleculen die zich met hun alkylstaarten aan elkaar vasthouden. De ethyleenglycolstaarten steken naar buiten en zorgen voor de oplosbaarheid in water.

De kern van het molecuul vetoont een sterke blauwe fluorescentie, zodat je met fluorescentiemicroscopie uitstekend zichtbaar kunt maken wat er precies gebeurt.

Als je verder niets doet, blijken deze bilagen al de neiging te hebben om zich op te rollen tot buisjes. Maar die neiging wordt veel sterker wanneer je een fosfolipide toevoegt dat de oplosbaarheid van het amfifiele molecuul in water verbetert. Dan krijg je buisjes van wel 10 micrometer lang, met een diameter van 28 nanometer.

Bovendien blijkt het fosfolipide in kwestie, 1,2-dioleyl-sn-glycero-3-fosfaat (DOPC) zichzelf ook tot een bilaag te kunnen assembleren. Tot verrassing van Feringa levert dat bolletjes (vesicles) op die als een kurk het uiteinde van de nanobuisjes afsluiten.

Een vervolgonderzoekje leerde dat je die bolletjes weer uit elkaar kunt laten vallen door een oppervlakte-actieve stof (merknaam Triton X-100) toe te voegen dat zulke bilagen uit elkaar trekt. De buisjes zelf zijn dermate stabiel dat ze ongevoelig zijn voor Triton X-100. Eventueel kun je de kurkjes achteraf weer herstellen door de oppervlakte-actieve stof uit het mengsel te halen.

Om de buisjes zelf kapot te krijgen, moet je ze belichten met uv-licht met een golflengte van 390 nanometer. Dan sluit zich een extra ring in het hart van het gebruikte molecuul, waardoor het minder flexibel wordt en de neiging krijgt om bolletjes te vormen in plaats van buisjes. Die buisjes vallen daardoor langzaam uit elkaar; de snelheid is in te stellen door met de intensiteit en de exacte golflengte van het licht te spelen.

En omdat de ringsluiting zich vertaalt in een kleurverandering van blauw naar felgroen, kun je ook dit weer prima volgen.

Zelf lijkt Feringa er vooral een mooie demonstratie van de mogelijkheden van zelfassemblagetechnieken in te zien. Volgens NWO, dat het onderzoek sponsorde, is deze kennis echter ook praktisch te gebruiken, bijvoorbeeld wanneer je de buisjes gebruikt als medicijnverpakking.

bron: NWO