De chemische en farmaceutische industrie is sterk afhankelijk van zogeheten poreuze silica voor de zuivering en omzetting van grondstoffen in producten. Dat is een duur en niet zo makkelijk verkrijgbaar product. Onderzoekers van de TU Eindhoven en het chemiebedrijf Nouryon hebben nu een proces ontwikkeld om op grote schaal silica-microbolletjes te synthetiseren, waarbij de porositeit en omvang van de poriën heel nauwkeurig kan worden bepaald. Dat heeft de TU/e vandaag bekendgemaakt.
Volgens de TU/e draagt het onderzoek bij aan een beter inzicht in de assemblage van microbolletjes in emulsies (gels), en maakt het de weg vrij voor een volgende generaties van silica-microbolletjes. De resultaten van de studie zijn gepubliceerd in het tijdschrift Advanced Functional Materials.
Wat is silica?
Silica staat ook wel bekend als siliciumdioxide. Het heeft verschillende toepassingen. Een ervan is in poreuze vorm voor de chemische industrie, waar het gebruikt wordt om grondstoffen te filteren en van elkaar te scheiden, of om ze om te zetten in producten. De TU/e legt uit: “Veel natuurlijke stoffen zoals steen, grond of hout zijn poreus, waardoor vloeistoffen erdoorheen kunnen stromen. Op vergelijkbare wijze, maar op veel kleinere schaal, wordt poreus siliciumdioxide gebruikt in de chemische industrie, om grondstoffen te filteren en te scheiden”.
Emulsietechnologie
Om dit scheidingsproces efficiënter te maken en de zuiverheid van producten te verhogen, is poreus silica nodig met een poriegrootte en porositeit die precies is afgestemd op de specifieke grondstof en het specifieke scheidingsproces. Deze poreuze silica worden gemaakt met een technologie die bekend staat als “sol-gel-emulsietechnologie”. Het maakt gebruik van silicadeeltjes in een wateremulsie (zogenaamde colloïden).
Door de grootte van de silicadeeltjes te veranderen van 4 nanometer naar 25 nanometer, konden de onderzoekers verschillende, maar goed gedefinieerde poriegrootte bereiken tot 40 nanometer. Bij het mengen van twee soorten silica mengsels kon elke poriegrootte tussen 4 en 50 nanometer worden gemaakt.
Volgens de onderzoekers Heiner Friedrich en Remco Fijneman is daarmee een nieuwe methode ontwikkeld die zowel flexibel als kostenbesparend is. “Onze methode maakt de weg vrij voor de volgende generatie op maat gemaakte silica-microbolletjes, die kunnen worden gebruikt bij zuivering, scheiding, katalyse en andere toepassingen.”
Medicijnen
Een van de meest veelbelovende toepassingen van deze technologie is de ontwikkeling van geneesmiddelen, waarbij de scheiding en zuivering van moleculen een cruciale stap is. Dit gebeurt meestal met behulp van de zogeheten high-performance liquid chromatograph- techniek (HPLC).
Het algemene principe van HPLC is eenvoudig: een vloeistof die een mengsel van moleculen bevat, wordt door een vast stationair bed van poreuze silica-microbolletjes geleid en wordt in verschillende fracties gescheiden op basis van een verschil in affiniteit tussen de moleculen en de microbolletjes.
Een belangrijke maar moeilijk scheidbare klasse van moleculen zijn biomacromoleculen zoals peptiden en antilichamen, vooral vanwege hun verschillende afmetingen en uiteenlopende eigenschappen. Wanneer de sleutel (het molecuul) niet past op het slot (de microsphere), kan er geen efficiënte scheiding plaatsvinden. De door de onderzoekers geproduceerde siliciumbolletjes kunnen specifiek worden afgestemd op de grootte en vorm van het betreffende macromolecuul. Dit is veel efficiënter dan conventionele industriële processen, waarbij generieke microbolletjes worden geproduceerd uit één maat bouwsteen. Die moeten vervolgens meerdere tijdrovende nabehandelingen ondergaan om de eigenschappen van de microbolletjes precies goed te krijgen.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
