Polymeren -moleculen die bestaan uit lange, zich herhalende ketens- hebben afhankelijk van de synthesemethode vaak een hydrofiel stuk dat van water houdt én een waterafstotend, hydrofoob stuk. Hierdoor vormen zich in een waterige omgeving georganiseerde structuren, ook wel micellen genoemd. Er zijn vele vormen micellen, van simpel tot uiterst complex, mede afhankelijk van het soort polymeer. De bolletjes kunnen uiteindelijk gebruikt worden voor gereguleerde medicijnafgifte, maar ook als groeiplatform voor minerale coatings.

Om op grote schaal eenduidige, controleerbare vormen te kunnen produceren, is het noodzakelijk het groeiproces van deze structuren precies te begrijpen. ST-student Joël de Visser ontrafelde tijdens zijn afstudeerstage hoe de meest complexe varianten ontstaan.

“Met cryoTEM -een hightech elektronenmicroscopische techniek- kon ik de deeltjes in hun oorspronkelijke milieu bekijken. De polymeren waarmee ik werkte, vormen een micel met een sponsachtige binnenkant. Het blijkt dat dit netwerk continu met elkaar verbonden is; een reusachtig doolhof in een blaasje van zo’n honderd nanometer. We dachten dat de lengte van het kamvormige hydrofobe gedeelte hiervoor verantwoordelijk was. Ik heb daarom polymeren met kortere kamlengtes gemaakt, maar de karakteristieke interne structuren bleven we zien. De vorm van het doolhof konden we wel beïnvloeden door andere oplosmiddelen te gebruiken; met het ene middel hadden we meer sponzen, het andere vormde een soort uienringen.”

Het maken van de micellen duurt in het lab ruim een dag. Om meer grip te krijgen op het groeiproces, volgde Joël dit zoveel mogelijk onder de microscoop. Tijdens elke stap -water toevoegen, dialyseren, afkoelen- om de zoveel tijd een sample nemen en dan maar kijken wat je ziet. “Het waren lange dagen in het donker achter die microscoop, maar elke keer was er weer een verrassing."

"Ik heb de prachtigste bouwwerken gezien: eerst zijn het uienringen, daarna zie je tuinslangen en aan het einde van de watertoevoeging ontstaan platte pannenkoeken. In de afkoelfase zag ik de platte structuren zich ineens opvouwen tot de bekende micel met een sponsachtige binnenkant. Blijkbaar is die morfologie bij lagere temperaturen energetisch gunstiger. Het is dus een heel dynamisch proces, gedreven door de temperatuur. Heel interessant: kunnen we nu een bolletje gaan maken dat op een temperatuurgereguleerde manier medicijnen kan afgeven? Voorlopig is dat toekomstmuziek. Een ding is me door dit project wel duidelijk geworden: op polymeren ben ik nog lang niet uitgekeken.”