De nieuwe inzichten zijn van groot belang voor het begrip van supramoleculaire polymeren, waarin kleine verschillen in de manier waarop moleculaire bouwblokjes zijn gestapeld, grote invloed hebben op de materiaaleigenschappen. De resultaten staan sinds gisteravond vandaag online bij Nature. Eerste auteur van het artikel is ir. Peter Korevaar (25) die promotieonderzoek doet onder begeleiding van dr. ir. Tom de Greef en prof.dr. Bert Meijer.

Bij moleculaire zelfassemblage organiseren moleculaire bouwblokjes zichzelf tot een zogeheten supramoleculaire structuur. In de levende natuur komt dit veel voor, bijvoorbeeld bij de vorming van celmembranen. Het beheersen van de principes van moleculaire zelfassemblage opent de deur naar het creëren van totaal nieuwe materialen met heel bijzondere eigenschappen, bijvoorbeeld zelfreparerende coatings. De eigenschappen van deze materialen worden sterk beïnvloed door de manier waarop de bouwblokjes gestapeld zijn; een klein verschil in stapeling kan tot heel andere eigenschappen leiden. Daarom is het van groot belang het assemblageproces in detail te begrijpen en subtiel te kunnen manipuleren.

Korevaar en zijn mede-onderzoekers gebruiken voor hun experimenten een moleculair bouwblokje dat makkelijk te bestuderen is via spectroscopie: S-chiraal oligo(p-phenyleenvinyleen), ofwel SOPV. Dit soort moleculen wordt vaker gebruikt in organische elektronica, waarbij kleine verschillen in de stapeling grote verschillen in materiaaleigenschappen opleveren. SOPV vormt bij de start van het assemblageproces eerst wanordelijke clustertjes, die vervolgens doorgroeien in keurig gestapelde linksdraaiende ‘wenteltrappen’.

Tot nog toe werd aangenomen dat de zelfassemblage van een molecuul maar één eindproduct kan opleveren en dat de tussenliggende processtappen er niet toe deden, en te snel verliepen om überhaupt te bestuderen, aldus De Greef. Dit blijkt nu een misvatting: de tussenliggende processtappen zijn van groot belang en leiden tot verschillende varianten. Zo bleek dat wanneer het assemblageproces van SOPV snel plaats vindt, er wenteltrappen met omgekeerde draairichting gevormd worden. Door tijdelijke toevoeging van wijnsteenzuur, een klein molecuul dat aan de SOPV moleculen klikt, kan het assemblageproces volledig richting deze alternatieve vorm worden gestuurd. Gedetailleerde studies laten zien dat de twee verschillende wenteltrappen elkaar beconcurreren op de beschikbare moleculen als bouwsteen. Korevaar: “Deze kennis heeft belangrijke consequenties voor de optimale zelfassemblage en kunnen we nu gaan gebruiken voor meer toegepaste supramoleculaire systemen, die veel minder gemakkelijk te volgen zijn.” (IJ)