Onderzoekers vinden manier om membraanvorming te sturen

Geplaatst op 20 februari 2019 om 11:56 uur
Onderzoekers vinden manier om membraanvorming te sturen
Membranen ontstaan vanzelf doordat zeepachtige moleculen zich in water aaneenrijgen. Dit proces begint bij nanodrupjes in het water met een hogere concentratie zeepachtige moleculen. Indien de nanodrupjes kunnen worden beheerst, kan hierdoor de vorm, dikte en grootte van membranen worden gestuurd.
Dit meldt de TU Eindhoven (TU/e). Onderzoekers van de universiteit hebben het ontstaan van membranen nauwkeurig in beeld gebracht en presenteren hun resultaten in Nature Chemistry. Membranen, zowel biologische als chemische varianten, bestaan uit amfifiele moleculen zoals zeepmoleculen. Deze moleculen beschikken over een kop die zich hecht aan water, terwijl hun staart zich juist afkeert van water. Indien een groepje van dit soort moleculen in het water wordt geplaatst, plaatsen zij het liefst hun staarten bij elkaar en hun koppen naar buiten richting het water. 

Dit proces zorgt voor het ontstaan van membranen. Deze membranen zijn vaak bolvormig zoals liposomen. Dit maakt het onder meer geschikt om in medicijnen te worden verwerkt. De TU/e wijst erop dat ook de celwand - dat volgens de onderzoekers gezien kan worden als het ultieme membraan - op deze wijze is opgebouwd. 

Micellen
Tot nu toe werd aangenomen dat de vorming van zogeheten 'micellen' de eerste stap was van membraanvorming. Zo'n micel is een zeer kleine bolvormige structuur van circa 100 nanometer bestaande uit amfifiele moleculen, die allen met de staarten naar binnen en koppen naar buiten zijn gepositioneerd. 

Het onderzoek van de TU/e wijst echter op een heel ander begin van dit proces, namelijk het ontstaan van nanodrupjes in het water met een hogere concentratie amfifiele moleculen. Op de grensvlak van zo'n drupje vormen de amfifiele moleculen eerst bolletjes, die vervolgens veranderen in pijpjes en plaatjes en uiteindelijk een aaneengesloten wand creëren die het nanodrupje omsluit. 

Werkwijze
De uitkomst van het onderzoek werd voorspeld aan de hand van een wiskundig model en computersimulaties. Deze voorspelling is vervolgens bevestigd met een speciale vorm van elektronenmicroscopie. Hiermee zijn filmpjes gemaakt van de vorming van liposomen. Ook deze vorm van microscopie is echter niet krachtig genoeg om de amfifiele moleculen in beeld te brengen. Deze moleculen zijn daarom in het experiment vervangen door andere moleculen die op dezelfde manier werken. Het gaat hierbij om zogeheten 'block co-polymeren'.

De nieuwe inzichten kunnen volgens de onderzoekers worden ingezet om de zelfassemblage van membranen beter te kunnen sturen. Dit maakt het bijvoorbeeld mogelijk de vorm, dikte en grootte van membranen te beïnvloeden. De onderzoekers verwachten dat de inzichten onder meer kunnen worden gebruikt bij de ontwikkeling van nanomedicijnen, die nauwkeurig op de juiste plek in het lichaam kunnen worden afgeleverd.
 
© Engineersonline.nl