Amerikaanse wetenschappers produceerden stekelige microscopische deeltjes die complexer zijn dan de meest gecompliceerde microdeeltjes uit de natuur.

Om beter te begrijpen hoe complexe microdeeltjes in de natuur ontstaan, probeerden onderzoekers van de University of Michigan ze in een laboratorium na te maken. Als voorbeeld namen zij het kalkstenen omhulsel van eencellige algen genaamd coccolithoforen, omdat deze een van de meest gecompliceerde deeltjes vormen die op deze schaal voorkomen in de natuur. Het resultaat, stekelige microdeeltjes met een diameter van slechts een paar micrometer, overtrof echter de complexiteit van het natuurlijke voorbeeld, meldden de onderzoekers in het wetenschappelijke tijdschrift Science.

Als bouwstenen voor de microdeeltjes gebruikten de onderzoekers goudsulfide nanosheets gecoat met cysteïne. Cysteïne is een chiraal aminozuur, wat betekent dat het voorkomt in twee versies die, net als je linker en rechter hand, elkaars spiegelbeeld vormen. Door alle sheets te coaten met dezelfde cysteïnevorm creëerden de onderzoekers microdeeltjes met complexe stekels die allemaal dezelfde richting op draaien. Die chiraliteit is volgens de onderzoekers bepalend voor de complexiteit van het deeltje.

Tot dusver bestond er geen officiële methode om die complexiteit van dit soort deeltjes te meten. De onderzoekers bedachten daarom een manier om met behulp van graph theory modellen de complexiteit een waarde te geven. Die complexiteitswaarde bleek voor de stekelige microdeeltjes het hoogst te zijn (87). Voor coccolithofoor-omhulsels was die aanzienlijk lager (49). De gedraaide stekels geven volgens de onderzoekers het microdeeltje zijn buitengewoon-hoge complexiteit.

De complexiteit heeft nuttige toepassingen. Met behulp van kunstmatige intelligentie en machine learning kunnen wetenschappers in de toekomst mogelijk deeltjes ontwerpen met specifieke eigenschappen. De nanostekels zorgen er bijvoorbeeld voor dat de microdeeltjes niet aan elkaar klonteren en daarom gelijkmatig in een vloeistof verspreiden. Dit is vooral belangrijk voor het stabiliseren van een mengsel van vloeistoffen en deeltjes, zoals verf. Verder zijn microdeeltjes met gedraaide stekels chiro-optisch, wat betekent dat zij UV-licht kunnen opnemen en vervolgens gepolariseerd licht uitstralen. Dat soort deeltjes kunnen volgens de onderzoekers mogelijk biosensoren, elektronica en chemische reacties verbeteren.

_{Jiang, W., et al. (2020). Science.}

_{Boven (E & F): Stekelig microdeeltje en zijn graph theory model. Onder (G & H): Coccolithofoor-omhulsel en zijn graph theory model.}