Euforie in scheikundig UU-lab over bijzondere bollen

Word jij opgewonden van bollen die spontaan in een buis kruipen en daar een wenteltrap vormen? De scheikundige wereld wel. Het Utrechtse Van ‘t Hoff Laboratorium is verantwoordelijk voor die wetenschappelijke extase. Julius de Folter schreef er over in zijn proefschrift.

Er was eens een Chinese onderzoeker. Hij heette Lingxiang Jiang. Hij had ontdekt dat als je ‘schizofrene’ zeepmoleculen in water oplost en daar ringvormige suikermoleculen aan toevoegt, de twee spontaan met elkaar reageren en holle microbuizen vormen. Wat zou er gebeuren, dacht hij, als ik aan het mengsel colloïden toevoeg? Universitair docent Andrei Petukhov haalde hem naar Utrecht.
“Wij zijn gespecialiseerd in colloïden”, zegt scheikundige Julius de Folter van het lab. Colloïden zijn heel kleine deeltjes. Ze meten tussen de 1 en 1000 nanometer, en zijn daarmee groter dan een molecuul en makkelijker te zien door een microscoop. Maar ze zijn klein genoeg om zich net zo vrij als een molecuul door een stof te bewegen. “Op ons lab worden colloïden gemaakt van verschillende materialen en in allerlei vormen. Ze zitten bijvoorbeeld in verf, crèmes, mayonaise, melk en klei en maken de vloeistof of crème stabieler.”
Bij toeval was De Folter, die net begonnen was aan het afronden van zijn proefschrift, in het lab aanwezig toen het experiment met de Chinese collega ter sprake kwam. “Daar werd ik heel nieuwsgierig van en wilde er aan meedoen.” Het experimenteren begon en het duurde niet eens superlang tot hét recept werd gevonden.

Het recept
We nemen de Chinese oplossing met schizofrene zeepmoleculen en ringvormige suikermoleculen en laten deze afkoelen. De moleculen vormen holle buisjes. Vervolgens voegen we een bepaalde hoeveelheid kleine glazen of plastic bolletjes toe. We verwarmen de oplossing opnieuw en laten de boel afkoelen. Gevolg: de bolletjes gaan als vanzelf op de meest efficiënte wijze ín de holle buis zitten. Dat doen ze door samen een gedraaide streng te vormen, een zogenoemde helixvorm, zoals dat bekend is van een DNA streng.
De onderzoekers stonden op hun stoelen van blijdschap. Die sloeg om in euforie toen bleek dat bij het opnieuw opwarmen van de vloeistof de colloïden weer als vrolijke singles in de oplossing rondzwommen. Ze gingen uit hun dak toen bleek dat wanneer de boel weer afkoelt, de colloïden opnieuw de geborgenheid van de buisjes opzoeken.
Daar werd je echt heel vrolijk van, hè Julius?
“Ik wel. Vrolijk en super enthousiast. Het is heel bijzonder dat de moleculen en de colloïden zich op deze manier gedragen. Wij dachten aanvankelijk dat we iets moeilijks moesten doen om de colloïden in de holle buis te krijgen. Maar het enige wat we moesten doen, was de juiste maat bolletjes vinden. Het tweede waar ik heel enthousiast van werd, is het omkeerbare proces. Denk aan een ei dat je in kokend water stopt. Het eiwit stolt. Maar je krijgt het ei op geen enkele manier weer rauw. Dat deze structuren omkeerbaar zijn, is écht heel bijzonder.”
De Folter krijgt nog rode wangen als hij terugdenkt aan het moment dat hij ontdekte dat de colloïden zich op die bijzondere manier rangschikten. Daar was zeker wel jaren hard aan gewerkt?
“Nee, het was een min of meer spontane ontdekking die voortkwam uit nieuwsgierigheid. Nadat Lingxiang zijn voorstel had gedaan, bedachten we welke colloïden we aan de microbuisjes moesten toevoegen. Moesten ze magnetisch zijn, moesten ze de vorm van een kubus hebben, welke maat moesten we gebruiken? Uiteindelijk leek het ons het beste om de meest simpele vorm te gebruiken: het bolletje van glas. We moesten natuurlijk nog wel bedenken welke maat bol het goed zou doen. Dat bleek ook niet te ingewikkeld.”
Het blijkt zelfs zo gemakkelijk dat het proces is na te bootsen met een maatcilinder en plastic knikkers. “Als ik de bollen in de buis gooi, vormen ze ook een helix. Kijk maar! En bij een buis met een grotere doorsnee vormen ze zelfs een drievoudige helix.”
Leuk hoor, maar wat hebben we daar aan?
“Dit is fundamenteel onderzoek. De dubbele zelforganisatie van deze moleculen en colloïden is al heel bijzonder. Voor toepassingen is met name de omkeerbaarheid interessant. Je zou dit principe bijvoorbeeld kunnen gebruiken om bepaalde stoffen op te slaan die op een zelf te kiezen moment of plek weer worden afgegeven. Dit kan voor de farmaceutische- of de voedingsmiddelenindustrie heel interessant zijn.”
Hebben jullie patent aangevraagd op deze ontdekking, of werkt dat zo niet?
“Wij publiceren. We hebben er een wetenschappelijk artikel over geschreven en het gerenommeerde wetenschappelijke tijdschrift Angewandte Chemie wilde het verhaal graag hebben en plaatste het op de inside cover als VIP-verhaal: een very important paper.”
Maar hoe past dit onderzoek nu eigenlijk in jouw promotieonderzoek?
“Aanvankelijk ging mijn onderzoek over het stabiliseren van emulsies en schuimen, enkel door de toevoeging van kleine vaste deeltjes – de colloïden. Deze kennis wordt bijvoorbeeld toegepast in voedingsmiddelen, cosmetica, metaalwinning en oliezuivering. Ik heb er voor gezorgd dat het microbuisjesverhaal paste binnen mijn onderzoek door uit te gaan van overeenkomstige, onderliggende principes: de wisselwerking tussen colloïden en grensvlakken.”
Nog een eureka-moment gehad?
“Ik heb gekeken hoe de moleculen en colloïden zich onder verschillende omstandigheden gedragen. Als bij elk experiment blijkt dat de deeltjes zich ten opzichte van elkaar op dezelfde manier gedragen, word ik daar heel blij van. Ook bleek het proces steeds omkeerbaar. Dat vond ik geweldig.”
Je bent 28 en je promoveert op 27 mei. Wat ga je daarna doen?
“Toen ik masterstudent was, wist ik niet of ik het onderzoek in wilde gaan of bij een bedrijf wilde gaan werken. Vandaar dat ik stage ben gaan lopen op de onderzoeksafdeling van Unilever. Dat vond ik heel leuk, maar ik wilde toch meer ervaring opdoen met het doen van onderzoek en meer mijn eigen nieuwsgierigheid volgen. Een promotietraject aan een universiteit leek me daarvoor het meest geschikt. Een bedrijf verwacht toch binnen een bepaalde termijn doelen te halen; daar zal geen ruimte zijn voor spontane uitstapjes. Die ruimte en verdieping heb ik nu gehad, plus vier jaar onderzoekservaring extra. Na de zomervakantie keer ik terug op de onderzoeksafdeling bij Unilever in Vlaardingen.”

 
Julius de Folter (28) is een studieswitcher. Hij schreef zich eerst in voor geneeskunde. “Toen ik werd ingeloot, ben ik het ook gaan doen. Ik vond het leuk en heb ook mijn propedeuse gehaald, maar toch knaagde er iets. Ik wilde toch een meer exacte studie gaan doen. Daarom ben ik overgestapt naar Scheikunde. Die opleiding was na geneeskunde mijn tweede keus, maar paste veel beter bij mij. Een studie moet je ervaren in de praktijk, dat maakt kiezen als middelbare scholier lastig.”
Vervolgens heeft hij in drie jaar zijn bachelor cum laude gehaald en had hij twee jaar verder zijn masterdiploma op zak. Ook die opleiding rondde hij cum laude af. Hij kon vrijwel meteen doorstromen en kwam als assistent in opleiding te werken in het Van ‘t Hoff laboratorium onder hoogleraren Willem Kegel en Albert Philipse. “Dit is een geweldige plek om te werken. Goede sfeer, goed onderzoek. Zelfs als je hier binnenkomt als bachelorstudent, kun je meteen een belangrijke bijdrage leveren aan het onderzoek. Dat werkt heel motiverend.”