Janusdeeltjes: deeltjes met twee gezichten
Twentse onderzoekers ontwikkelen methode om Janusdeeltjes te maken
Onderzoekers van het MESA+ Instituut voor Nanotechnologie aan de
Universiteit Twente hebben een methode ontwikkeld om zogenaamde
Janusdeeltjes te fabriceren. Deze deeltjes zijn vernoemd naar de
Romeinse god Janus die net als de deeltjes twee gezichten heeft. 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'.
Universiteit Twente