Deeltjes met twee gezichten

Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie aan de Universiteit Twente hebben een methode ontwikkeld om zogenaamde Janusdeeltjes te fabriceren.

Het onderzoek wordt gepubliceerd in het toonaangevende vakblad Angewandte Chemie. Janusdeeltjes, zijn vernoemd naar de Romeinse god Janus die twee gezichten heeft. De deeltjes zijn asymmetrisch en bevatten aan de verschillende kanten verschillende chemische groepen. Chemisch gezien is het lastig om deze deeltjes te maken, omdat de chemische groepen in een oplossing de neiging hebben zich homogeen over het oppervlak van een deeltje te verspreiden en niet netjes op één helft van een deeltje te gaan zitten.

Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie aan de Universiteit Twente hebben nu een nieuwe methode ontwikkeld om deze Janusdeeltjes te maken. Hun methode maakt het voortaan mogelijk om zowel de grootte van de 'gezichten' als het uiterlijk van de twee gezichten zelf te bepalen. 

Masking/unmasking

De Twentse onderzoekers noemen de methode die ze gebruiken de 'masking/unmasking-methode'. In hun experimenten gebruiken ze piepkleine bolletjes gemaakt van glas met een diameter van ongeveer 5 micrometer (één micrometer is eenduizendste millimeter). Over deze bolletjes brengen ze een kunststoflaagje aan dat ze helemaal bedekt. Vervolgens etsen ze de bovenste laag van het plastic weg, waardoor de bovenkant van de bolletjes bloot komt te liggen, terwijl het onderste gedeelte in het kunststoflaagje blijft ingekapseld. Dit maakt het mogelijk om het bovenste gedeelte van het bolletje chemisch te modificeren (en zo het eerste gezicht te vormen). Volgens prof. dr. ir. Jurriaan Huskens, één van de onderzoekers, kun je er in principe bijna alle chemische groepen aan bevestigen, zoals eiwitten, kleurstoffen en kunstmatige receptoren.

De volgende stap is het oplossen van de rest van de kunststof, waardoor de rest van het oppervlak van de bolletjes vrij komt te liggen. Als je aan deze kant nu een andere chemische groep plakt, krijgt het deeltje zijn tweede gezicht.

De methode is geschikt om allerlei verschillende soorten Janusdeeltjes te maken. De onderzoekers kunnen namelijk zelf het materiaal en de grootte van het bolletje kiezen en zelf bepalen welke verschillende chemische groepen ze aan het bolletje koppelen. Bovendien kunnen ze nauwkeurig bepalen welk gedeelte van de kunststoflaag ze wegetsen, waardoor ze precies kunnen bepalen hoe groot de twee gezichten zijn.

Omdat de methode chemici gereedschap geeft om een scala aan nieuwe deeltjes te ontwerpen, komen er allerlei toepassingsvelden binnen bereik. Eén van de mogelijkheden is volgens Huskens toepassing in de medische diagnostiek. Janusdeeltjes waaraan kleurstoffen gekoppeld zijn kunnen namelijk worden gebruikt om specifieke delen van cellen zichtbaar te maken.

De bolletjes (blauw) worden eerst ingekapseld in een laagje plastic (groen). Vervolgens worden de bovenkant van het plastic weggeëtst en de bovenkant van de bolletjes chemisch gemodificeerd (geel). Daarna wordt de rest van het plastic opgelost en de onderkant van de bolletjes gemodificeerd (rood). Rechtsboven een fluorescentie-microscoop-plaatje van een tweekleurig Janusdeeltje.

Hot paper

Het onderzoek is uitgevoerd binnen de Molecular Nanofabrication Group van prof. dr. ir. Jurriaan Huskens en de Materials Science and Technology of Polymers Group van prof. Julius Vancso. Beide groepen zijn onderdeel van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente. Het artikel 'Janus Particles with Controllable Patchiness and Their Chemical Functionalization and Supramolecular Assembly' van Xing Yi Ling, In Yee Phang, Canet Acikgoz, M. Deniz Yilmaz, Mark A. Hempenius, Julius Vancso en Jurriaan Huskens wordt binnenkort gepubliceerd in het toonaangevende vakblad Angewandte Chemie. De redactie van het blad heeft het artikel van de Twentse onderzoekers al uitgeroepen tot 'hot paper'.  

Noot voor de pers

Voor meer informatie, een digitale versie van het artikel of afbeeldingen in hogere resolutie kunt u contact opnemen met Joost Bruysters (053 489 2773), communicatie UT.