De chemie zit vol met toevallige ontdekkingen. Soms moet je nou eenmaal geluk hebben dat je tegen de juiste omstandigheden of de juiste combinatie van materialen aanloopt. Dit ontdekte ook Qi Chen, promovendus in de groep van polymeerchemicus Katja Loos aan de Rijksuniversiteit Groningen. Zij stuitte onverwacht op een plantje waarvan de structuur energie kan opwekken. Het materiaal biedt interessante opties voor gebruik als sensor en in batterijen.  

Pratend met vrienden over haar onderzoek, kwam Chen het materiaal voor het eerst op het spoor. ‘Ik wilde destijds een sponsachtig materiaal maken, maar het lukte niet zoals ik had bedacht. Een vriend van mij was met een plantje aan het spelen, en hij zei voor de grap dat de stengel misschien wel sponzig genoeg was. Ik speelde mee en gooide het plantje in mijn tas, maar dacht er verder niet meer over na.’ Pas maanden later kwam ze het plantje weer tegen. Ze was op dat moment metingen aan het doen op de scanning elektron microscoop, en had wat tijd over. ‘Als wetenschapper ben je natuurlijk altijd nieuwsgierig, dus wilde ik graag nog wat extra dingen onder de microscoop bekijken’, vertelt Chen. ‘Ik vond de plant in mijn tas en probeerde het uit.’  

Sterren

Wat ze zag was een grote schok. ‘De gedroogde plant had precies de structuur waar ik naar zocht! Ik was zo verbaasd, de oplossing voor mijn probleem zat al die tijd gewoon in mijn tas.’ De plant bleek een pitrus, een waterplant met stevige stengels die voor sommigen een sierplant is, maar voor anderen vooral als onkruid geldt. Pitrus is net als veel planten opgebouwd uit lignine, hemicellulose en cellulose, maar heeft een bijzondere morfologie. Chen: ‘Als wij sponzen maken doen we dat met bubbels in een vloeistof, en daardoor krijg je altijd een zeshoekige structuur. Maar dit was heel anders. Het ziet er meer uit als sterren, en het was hol vanbinnen.’ De verrassende structuur is ontzettend poreus en permeabel, en heeft bovendien een lage dichtheid. ‘De stengel staat vaak in het water staat, dus de plant moet blijven drijven en ook zuurstof naar de delen onder water kunnen transporteren.’ Ze ging aan de slag om de cellulose te extraheren. ‘Ik had nog geen specifieke toepassing voor ogen, maar ik wilde het materiaal beter begrijpen.’ Tijdens een van deze proeven liet ze per ongeluk een beetje van de cellulose-oplossing op het aluminiumfolie op de bodem van de zuurkast vallen. Een paar dagen later had deze vloeistof een dun laagje cellulose gevormd. ‘Het was een laagje dat ik met de pincet op kon pakken’, zegt Chen. ‘Ik legde het onder de microscoop en was alweer verbaasd over de perfecte structuur die zich had gevormd. Het leek wel een ademend plakje poreuze cellulose.’ 

Druksensor 

Met dit plakje cellulose in handen begon de promovendus na te denken over toepassingen. ‘We hadden het idee dat we met deze structuur misschien wel statische elektriciteit konden opwekken. Dit lukte toen we twee soorten silanen aan de plakjes toevoegden en deze nieuwe plakjes over elkaar wreven. Het deed ons denken aan allerlei sensoren die druk kunnen meten.’ Samen met collega Wenjian Li deed Chen wat testen op het lab; de pitrus-laagjes bleken inderdaad geschikt als druksensor. ‘Aan de hand van de duur en de intensiteit van het signaal kun je bepalen hoe het is ingedrukt’, legt Chen uit. ‘Als je het bijvoorbeeld in schoenen stopt zie je korte intense signalen als iemand hardloopt, en langere, minder intense signalen bij wandelaars.’ Dit principe kun je toepassen voor het monitoren van sporters of mensen met een blessure. ‘Je gaat toch vaak anders lopen als je een blessure hebt, soms zelfs voor je het door hebt. Met onze sensor zou je die verschillen kunnen zien en zo eerder ingrijpen.’ Maar ook in ouderenzorg kan het nuttig zijn. ‘Je zou de sensor een soort noodsignaal kunnen laten versturen op het moment dat mensen heel lang niet hebben bewogen.’ 

Veelzijdige plant  

Hoewel de sensor dus al een mooie toepassing kan zijn, is het voor Chen nog niet genoeg. ‘Ik wil nog dieper in de structuur duiken, en kijken wat er nog meer mogelijk is met deze plant.’ Inmiddels heeft ze al drie andere mogelijke toepassingen gevonden. ‘Ik werk nu aan een artikel hierover, dus ik kan nog niet alles weggeven. Maar pitrus lijkt in ieder geval ook interessant als elektrode in lithium-ion batterijen.’ Een enorm veelzijdige plant dus, die eigenlijk overal wel te vinden is. ‘Pitrus is onkruid dat supermakkelijk groeit, dus dat biedt zeker perspectief voor opschaling’, zegt Chen. ‘Onze verwerking is ook heel simpel, dus als we een commercieel interessant materiaal weten te maken kan dat volgens mij vrij snel worden opgeschaald.’ Ze is daarom optimistisch over de kansen van pitrus-materialen: ‘Ik denk dat het in de toekomst wel gebruikt gaat worden, maar op welke manier, moeten we nog ontdekken. Misschien halen we nog wel meer uit pitrus of weten we ooit wel de structuur na te bootsen.’