12 december 2016
Nanoraket: nu ook met rem en stuur (Video)
Nanoraketten lijken de ideale kandidaten voor medicijnvervoer in het menselijk lichaam. Chemici van de Radboud Universiteit hebben deze minuscule machines nu voorzien van temperatuurgevoelige remmen, waarmee ze de beweging van de nanoraketten precies kunnen controleren.
De temperatuurgevoeligheid is interessant voor medische toepassingen, gezien ziek, geïnfecteerd weefsel warmer is dan gezond weefsel. Nature Chemistry publiceert de resultaten op 12 december.
De zachte nanoblaasjes waarmee de scheikundigen werken bestaan uit elementen die spontaan samenklonteren tot functionele eenheden. Daardoor kunnen ze gemakkelijk van vorm veranderen, wat ze ideaal maakt voor medicijnvervoer in het lichaam. ‘Onze grootste uitdaging is om de nanoraketten te voorzien van verschillende functionaliteiten’, aldus Daniela Wilson, afdelingshoofd Bio-organic chemistry van de Radboud Universiteit. ‘Wij laten nu voor het eerst een moleculair remsysteem zien dat de raket kan laten stoppen en opnieuw opstarten op gewenste locaties.’
Temperatuurgevoelige remmen
De moleculaire remmen zijn gemaakt van borstels van polymeren die op het oppervlak van de nanoraketjes groeien. Die borstels zwellen op of zakken in elkaar afhankelijk van de omgevingstemperatuur, en reguleren zo de brandstoftoevoer van de raket. Hun gevoeligheid is hoog: bij temperaturen boven de 35°C zakken de borstels direct in elkaar, waardoor de capsule vrijwel meteen stilstaat. ‘En dit alles gebeurt zonder de katalytische activiteit of de vorm van de nanoraket te veranderen’, legt Wilson uit. ‘Daardoor kunnen raketten met deze remmen zich heel efficiënt door water voortbewegen, zelfs bij lage brandstofconcentraties.’
Figuur 1. Links: bij temperaturen onder de 35°C zwellen de borstels op, waardoor de klep open gaat, brandstof naar binnen komt, en de nanoraket beweegt.
Rechts: stijgt de temperatuur boven de 35°C, dan zakken de borstels in elkaar waardoor de klep sluit, er geen brandstof meer naar binnen komt, en de nanoraket direct afremt (aangepaste versie van figuur door Nature Chemistry).
Magnetisch veld als stuur
In een andere publicatie in Advanced Materials laten Wilson en collega’s zien hoe lage magnetische velden als stuur voor de raketten kunnen dienen. Door het metaal nikkel in de kern van de raketjes te laten groeien, kunnen de magnetische velden worden gebruikt om de capsules in gewenste richtingen te laten bewegen.
Maar, er is altijd ruimte voor verbetering. Wilson: ‘Lichtgevoelige remmen zouden ook heel interessant zijn. Dan zouden we de nanoraketten kunnen starten of stoppen door er met een laser op te schijnen. Verder zijn onze raketten nu niet giftig voor levende cellen, maar ze zijn nog niet volledig biologisch afbreekbaar. En dat is natuurlijk wel een voorwaarde voor toepassingen in het lichaam. Genoeg uitdagingen dus voor onze onderzoeksgroep!’
