Exact de juiste kristallen door laserlicht (video)

Schelpen, skeletten en botten zijn allemaal gemaakt van kristallen. Om goed te kunnen functioneren moeten deze kristallen op de juiste tijd en plaats groeien. Geïnspireerd door deze natuurlijke processen hebben Amolf-onderzoekers een nieuwe methode ontwikkeld om kristallisatie onder kunstmatige omstandigheden te controleren met behulp van nabij-infrarood laserlicht.

Met hulp van de technici Marko Kamp en Hinco Schoenmaker heeft promovenda Marloes Bistervels een speciale laseropstelling gebouwd die een waterige oplossing lokaal verwarmt. Binnen een seconde loopt de temperatuur in de hotspot op tot bijna 100 graden Celsius. Deze lokale verwarming veroorzaakt vervolgens de vorming van speciale kristallen die bij toenemende temperatuur in oplosbaarheid afnemen. Door de kracht van de laserstraal te regelen, kan Bistervels het vormingsproces starten, stoppen en sturen, waardoor precies wordt bepaald waar en hoe kristallen zich zullen vormen. Door de laserstraal te bewegen, legt ze een rij kristallen neer, zodat ze patronen kan ‘schrijven’.

Deze door licht geïnduceerde kristallisatie werkt voor veel verschillende soorten kristallen die relevant zijn in de biologie, zoals kristallen die zich vormen in botten, schelpen en skeletten. Het vermogen om de kristalgroei in ruimte en tijd te beheersen is veelbelovend voor de ontwikkeling van functionele materialen van de volgende generatie met unieke optische en mechanische eigenschappen.

De recente resultaten van Bistervels zijn gericht op het bereiken van spatio-temporele controle over zelfassemblageprocessen met behulp van lichttechnieken. De afgelopen twee jaar heeft ze de toolbox uitgebreid om het kristallisatieproces te controleren met verschillende lichtbronnen toegepast op verschillende systemen. In plaats van ultraviolet (UV) licht te gebruiken, gebruikt ze nu bijvoorbeeld nabij-infrarood (NIR) licht zonder gebruik te maken van fotogevoelige moleculen. Een schoner proces dus. Bovendien wordt de techniek hier toegepast op pure biorelevante kristallen, in plaats van synthetische nanocomposieten.