Driedimensionale moleculaire nanostructuren

Het gericht afgeven van medicijnen en het sneller laten verlopen van chemische reacties met behulp van polymeren is het werkgebied van prof. dr. Julius Vancso van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie. Samen met zijn vakgroep Materials Science and Technology of Polymers ontwikkelt Vancso polymeren met specifieke eigenschappen.

De groep van prof. dr. Julius Vancso werkt aan polymeren voor allerlei nanotechnologische toepassingen. Vancso leidt de onderzoeksgroep Materials Science and Technology of Polymers van het onderzoeksinstituut MESA+, Instituut voor Nanotechnologie. Polymeren zijn lange ketens van kleinere moleculen, oftewel monomeren. De onderzoekers zijn steeds beter in staat de structuur van deze moleculen te beïnvloeden en ze te gebruiken in combinatie met metaal of halfgeleidende nanodeeltjes in complexe gestructureerde systemen.

Driedimensionaal

Tot voor kort was manipulatie van enkele moleculen alleen mogelijk aan het oppervlak van de moleculen. "Maar de hedendaagse technieken stellen ons steeds beter in staat om structuren ook driedimensionaal te manipuleren en te onderzoeken," vertelt Vancso.

Manipuleren
De wetenschappers manipuleren de polymeren en combineren deze met metaal of halfgeleidende nanodeeltjes. Deze combinaties van nanosystemen krijgen hierdoor nieuwe eigenschappen krijgen. De onderzoekers zijn in staat om functionele nanostructuren te bouwen met behulp van macromoleculaire ‘lijm’ voor het samenvoegen en vasthouden van halfgeleidende nanostructuren.

Zelfordenende nanostructuren

In andere projecten gebruiken Vancso en zijn collega’s  vanuit MESA+, prof. dr. ir. Huskens prof. dr. ir. Reinhoudt en prof. dr. Subramaniam een combinatie van zelfordenende nanostructuren om moleculaire controle in te stellen. "Bij dit soort complexe projecten is de sterke interdisciplinaire samenwerking binnen MESA+ cruciaal," merkt Vancso op. Laag voor laag worden met behulp van polymeren en lichtgevende halfgeleidende nanokristallen functionele structuren opgebouwd. Met deze moleculaire nanostructuren kun je medicijnen heel gericht afgeven in het lichaam of bijvoorbeeld een tumor heel nauwkeurig opsporen. "Maar de polymeren kunnen bijvoorbeeld ook gebruikt worden in microreactoren. Daarin vormen ze een soort borstels met minuscule metaaldeeltjes, waardoor de onderzoekers de snelheid van een chemische reactie enorm kunnen verhogen," voegt Vancso toe.

Fluorescente structuren

Onlangs publiceerde Vancso en collega’s vanuit MESA+ en Singapore een artikel in het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Small over het gebruik van fluorescente nanokristallen. Aan de polymeren werden in dit onderzoek speciale fluorescente nanokristallen toegevoegd. Met behulp van UV-licht kunnen deze halfgeleiderdeeltjes licht uitstralen. Dat licht kun je vervolgens kleuren door het toevoegen van andere moleculen. "De polymeren dienen hier als biomarkers. Met een biomarker kun je moleculen heel specifiek waarnemen of een tumor veel beter opsporen. De tumorcellen binden zich namelijk aan de biomarkers en stralen dan licht uit. Op die manier kan een arts veel nauwkeuriger bepalen waar de tumor zit," legt Vancso uit.