Een soort kunst met nanobolletjes is interessant voor het detecteren van biologische of chemische stoffen. Er zijn bijvoorbeeld mogelijkheden voor het scheiden van water en olie. Het gaat om nanostructuren die Juan Wang van de Universiteit Twente bouwt en waarvoor ze grote toepassingsmogelijkheden ziet.
Wang promoveerde onlangs op het proefschrift ‘3D hierarchical particle assemblies with nanostructure-enabled functionalities’. De promovenda bouwt met bolletjes van een paar honderd nanometer in doorsnee opvallende nieuwe structuren met verschillende vormen en bijbehorende functies. Bouwconstructies op nanoschaal kunnen bijvoorbeeld de vorm krijgen van bloemen. De fraaie nanostructuren hebben unieke, niet te kopiëren optische eigenschappen. En ze kunnen een biologisch oppervlak nabootsen, waaraan druppels vastkleven. Of die daar juist makkelijk vanaf rollen.
De ‘bouwkunst’ met nanobolletjes maakt het mogelijk om geleidelijk functies toe te voegen. De basis is een nanobolletje van silica (siliciumdioxide), ook toegepast voor het produceren van glas of zonnepanelen. Maar uiteindelijk kan het boloppervlak bedekt zijn met nog kleinere bolletjes van bijvoorbeeld goud.
Kreukelig oppervlak
De Twentse nanodeskundige heeft meer varianten. Met nanodraadjes die uitsteken en aan het uiteinde weer verbonden zijn, waardoor ze iets weg hebben van Allium bloembollen. Het spelen met de nanostructuren gaat verder. Door een oppervlak van bolletjes kreukelig te maken, kan het model staan voor een biologisch oppervlak waaraan druppels sterk hechten. Zelfs als zo’n oppervlak op de kop wordt gehouden, blijven de druppels vast zitten. Terwijl het omgekeerde ook kan, dat druppels als bij een waterafstotend lotusblad niet blijven plakken.
In het proefschrift komen allerlei combinaties met diverse mogelijkheden voor. Zo kunnen bolletjes fotonische kristallen vormen die een specifieke kleur licht reflecteren. Ze vormen op die manier een ‘watermerk’ dat niet na te bootsen is.
Het belang van goud voor de minuscule bolletjes is een detectietechniek die surface plasmon resonance heet. Door het meten van de reflectie van het licht op het goudoppervlak is te bepalen welke stoffen erop zitten. In combinatie met de kleurreflectie kan de aanwezigheid van stoffen worden ontdekt door een kleurscan.
‘Nanobloemen’
De ‘nanobloemen’ zijn onderscheidend door de manier waarop vloeistoffen kunnen worden gemanipuleerd. Behalve het scheiden van water en olie voorziet Wang kansen voor chemische reacties op microschaal, in microreactoren, waarbij haar nanobouwsels door hun bijzondere structuren een rol kunnen spelen.
Het afwijkende van haar aanpak is door te bouwen ‘van onderop’, met een bolletje als basiselement om daar steeds wat aan toe te voegen. Terwijl normaliter nanostructuren worden gemaakt door materiaal weg te halen middels etsen. De nieuwe benadering biedt kansen voor microfluida, fotonica en materiaalkunde.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
