Recyclen op microschaal
Bouwen met piepkleine bouwsteentjes, dat klinkt misschien als kinderspel. Vera Meester weet beter. Zij verdedigt 7 juni haar proefschrift over colloïden: microdeeltjes waarmee je grotere structuren kunt vormen. Meester ontwikkelde een methode om onbruikbare structuren toch weer bruikbaar te maken.
Zichtbare microdeeltjes
Colloïden kunnen uit allerlei stoffen bestaan en zijn aanwezig in veel alledaagse producten, zoals voedsel, medicijnen en cosmetica. Ze bepalen de smaak, textuur en het uiterlijk van deze producten. De deeltjes zijn niet groter dan een micrometer, maar zijn met een microscoop nog wel te zien. ‘Dat is echt het leuke van die colloïden,’ vertelt Meester. ‘Hierdoor kun je ze in real time bestuderen en direct zien hoe de deeltjes zich gedragen in een vloeistof. Dat is anders bij bijvoorbeeld atomen of nanodeeltjes, die je vaak alleen indirect kunt waarnemen met behulp van metingen.’ De deeltjes waar Meester mee aan de slag ging, waren van plastic.
Lego 2.0
Meester legt uit dat ze de chemische en fysische eigenschappen van colloïden kan beïnvloeden. Door bijvoorbeeld de interactie tussen de deeltjes of de vorm van de deeltjes te veranderen, kunnen colloïden fungeren als bouwstenen die uit zichzelf samenvoegen tot grotere structuren. ‘Het einddoel is dat je een soort legoblokjes krijgt die uit zichzelf een huisje of een auto bouwen, afhankelijk van welke bouwstenen je gebruikt’, licht Meester toe. Ze bestudeerde daarom het gedrag en de eigenschappen van de colloïden en maakte zelf verschillende deeltjes en structuren: ‘We hebben nauwkeurig gekeken welke bouwstenen we kunnen maken, waarom die zo gemaakt worden en hoe we ze kunnen functionaliseren’.
Smart materials
Dit fundamentele inzicht in het gedrag en de eigenschappen van colloïden is nodig om nieuwe materialen met specifieke eigenschappen te ontwikkelen. Met complexe bouwstenen kunnen bijvoorbeeld smart materials worden gemaakt. Deze materialen passen hun structuur aan op de omgeving. Door de temperatuur of pH te veranderen, kun je zo’n structuur bijvoorbeeld laten uitzetten of krimpen.
Zelf steentjes maken
Meester maakte de bouwsteentjes door bolvormige deeltjes te veranderen in anisotrope deeltjes. ‘Anisotroop betekent: alles wat niet bolvormig is’, legt Meester uit. ‘Door chemicaliën toe te voegen, veranderde ik de ruwheid van het oppervlakte en creëerde ik deuken in het oppervlak van de bollen, als een ingedeukte voetbal. Zo werden de deeltjes dus anisotroop.’
Die bouwstenen kunnen weer grotere structuren vormen. Hiervoor ontwikkelde Meester een nieuwe methode, de colloidal recycling method. ‘We beginnen met losse deeltjes in water. Door zout toe te voegen, gaan de deeltjes aan elkaar zitten. Het is alleen niet echt te controleren welke vormen ontstaan. Je krijgt lelijke, onbruikbare structuren. Wij hebben nu een techniek bedacht om deze aggregaten om te zetten tot bruikbare, goed gedefinieerde vormen. Dat doen we door een klein beetje van een olieachtige vloeistof toe te voegen. Die mengt niet met water, maar heeft wel affiniteit voor de colloïden. Die oliedruppeltjes gaan als glijmiddel tussen de bollen zitten, waardoor ze over elkaar kunnen bewegen. Als al die kleine druppeltjes samenvloeien tot één grote druppel, krijg je dus hele compacte structuren.’
Bulk in bekerglas
Het bijzondere aan deze methode is dat onderzoekers het in bulk kunnen doen. Door in een groot bekerglas de ingrediënten bij elkaar te gooien, kunnen in één keer veel structuren worden gemaakt. Dat is anders bij traditionele methodes, die in 2D werken. Ook is de nieuwe methode toepasbaar op heel veel verschillende soorten deeltjes.
Deze nieuwe methode vindt Meester dan ook het meest bijzondere resultaat van haar onderzoek. ‘Wat ons eigenlijk verbaasde is dat de methode zo makkelijk werkt en dat het zoveel mogelijkheden biedt! Soms ontstaan onbruikbare structuren ook vanzelf, in bouwsteentjes die we hebben gemaakt en willen bewaren. Dat is een probleem. Met deze methode kunnen we de lelijke structuren recyclen of beginnen met een goed startproduct (stabiele bollen) en zelf naar wens structuren maken. Dat is heel erg gaaf.’
