Amfifiele moleculen in een vloeistof vormen soms eerst een tweede vloeistoffase voor zichzelf, die ze vervolgens gebruiken om comfortabel aan zelfassemblage te kunnen doen. Onderzoekers van de TU Eindhoven zagen het gebeuren, melden ze in Nature Chemistry.

Zulke amfifiele moleculen hebben een hydrofiele kop en een hydrofobe staart. In water vormen ze een dubbele wand met de koppen naar buiten en de staarten tegen elkaar, van het water afgekeerd. Uit fosfolipides opgebouwde celwanden zijn het bekendste voorbeeld maar wanneer het leven zich er niet tegenaan bemoeit krijg je veel kleinere bolletjes, zogeheten vesikels, waarin je bijvoorbeeld therapeutische moleculen zou kunnen verpakken.

En dankzij Alessandro Ianiro, Hanglong Wu, Nico Sommerdijk, Joe Patterson en collega’s wordt nu voor het eerst een beetje duidelijk welke factoren de diameter van die vesikels bepalen.

In plaats van fosfolipides gebruikten ze een synthetisch blokcopolymeer, opgebouwd uit een hydrofiel stuk polyetheenoxide (dat is polyetheenglycol, maar langer) en een hydrofoob stuk polycaprolacton. Op basis van een zelf ontwikkelde variatie op de self-consistent mean field theory probeerden ze theoretisch te voorspellen wat er gebeurt als je zulke moleculen dispergeert in water waarin dus maar één van beide uiteinden goed oplost.

Daar kwam uit dat het afhangt van de feitelijke oplosbaarheid van dat uiteinde. Is die heel erg goed, dan krijg je in eerste instantie micellen: kluitjes moleculen die met de hydrofobe uiteinden op elkaar zitten terwijl de hydrofiele delen er aan alle kanten uitsteken. Maar lost dat hydrofiele deel eigenlijk ook maar matig op, dan is het thermodynamisch gunstiger om eerst wat lossere kluitjes te vormen met een restje water er omheen. Zo krijg je in feite twee waterfases: steeds groter wordende druppeltjes die vol polymeer zitten, omringd door water waaruit dat polymeer geleidelijk door de druppeltjes wordt weggezogen.

In de druppeltjes vormen zich vervolgens alsnog micellen, die zich ophopen op het grensvlak met het polymeerloze water en daar uiteindelijk samen de roemruchte dubbele wand vormen.

Het werkt niet alleen in theorie zo. Met vloeistoffase-transmissie-elektronenmicroscopie (LPEM) wisten ze het in Eindhoven live in beeld te krijgen. De diameter van de vesikels is niet veel meer dan 100 nm en de beelden zijn dan ook korrelig en weinig gedetailleerd, maar omdat de micellen duidelijk donkerder zijn dan de vloeistof krijg je toch een idee van wat er gebeurt.

Het betekent dat de diameter van de vesikels wordt bepaald door die van de druppeltjes. Die moet je dus zien aan te sturen om het gewenste formaat te kweken. Een ander punt is dat de medicijnen, die je er in wenst te stoppen, in staat moeten zijn om zo’n druppeltje binnen te dringen tussen de micellen door.

bron: Nature Chemistry, TU/e