17 feb. 1999
2 minuten
Gewoon water dat door een kanaaltje van nanometer afmetingen stroomt, is in staat een hoge elektrische spanning op te wekken. Het is een van de voorbeelden van de uitzonderlijke eigenschappen van nanokanalen, aldus prof.dr. Jan Eijkel, van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de UT, in zijn intreerede ‘Machtig klein’ als hoogleraar Nanofluidics voor Lab-on-a-chip toepassingen.
In nanokanalen – een nanometer is een miljoenste millimeter – gedragen vloeistoffen zich totaal anders dan in micro- of nog veel grotere kanalen, illustreert Eijkel in zijn oratie met verschillende voorbeelden. Een eigenschap die op grotere schaal bijvoorbeeld niet opgemerkt wordt, is dat de wand van het – bijvoorbeeld glazen – kanaal een kleine negatieve elektrische lading krijgt. Die eigenschap staat aan de basis van de opwekking van stroom via stromend water.
Kilovolt
Want daardoor zijn er in de vloeistof, dichtbij de wand, voortdurend positief geladen ionen. Stroomt de vloeistof door het kanaal, dan neemt het de positieve ionen mee en is er eigenlijk al sprake van een elektrische stroom. Door aan het eind van het kanaaltje de druppels, via een klein gaatje, door de lucht naar een reservoir te schieten, wordt voorkomen dat ze weer terug het kanaal in gaan. En zo kan zich een spanning van tienduizenden volt opbouwen. Dit principe, ontwikkeld door promovendus Yanbo Xie, lijkt op dat van de aloude Van de Graaffgenerator. "De spanning kunnen we gebruiken in het lab-on-a-chip systeem zèlf, maar het biedt ook de mogelijkheid om eenvoudig waterstof voor een kleine accu te maken".
Scheiding
Vloeistoffen ervaren in nanokanalen veel meer wrijving van de wanden dan in andere kanalen. De eerder beschreven dubbellaag, van negatieve lading op het glas en positieve ionen in de vloeistof, kan ook hier helpen. Door van buitenaf een elektrisch veld aan te leggen is de vloeistof beter door het kanaal te trekken. Scheiding van moleculen is daarbij ook mogelijk, als ze met verschillende snelheid in beweging komen.
Afgeven
De fysische beperkingen die een nanokanaal kent, zijn volgens Eijkel vrijwel altijd te vertalen naar kansen. Zo heeft hij in een samenwerking met de TST groep en de Universiteit Leiden ontdekt dat vloeistoffen dat een nanokanaal binnenstroomt, licht zuur worden: het kanaal ‘geeft af’. Nu zou de conclusie kunnen zijn: ‘niet bruikbaar, weg ermee’, maar wat als je nu met een elektrisch spanninkje de zuurgraad heel lokaal kunt variëren, bijvoorbeeld rondom een enkele cel of een eiwit in een nanokanaal, zonder dat je een zuur aan de vloeistof hoeft toe te voegen?
Voor de nanofluidica liggen er volgens de hoogleraar tal van kansen op gebieden als energie, ontzilting van water, scheidingstechnieken en fundamenteel single molecule onderzoek. Zo treden interessante verschijnselen op als een enkel DNA-molecuul onder invloed van een elektrisch veld door een nanokanaal wordt getrokken. En zo zijn smalle nanokanaaltjes goed toe te passen in sneller drogende kleding.
Anderen lazen ook
