Interfacial tension driving movement in soft matter systems
Hoe oppervlaktespanning leven in beweging kan hebben gebracht
Beweging, vormverandering en aanpassingsvermogen zijn essentiële kenmerken van levende systemen. Ze stellen cellen in staat om hun omgeving te verkennen, ermee te interageren en erop te reageren. In haar promotieonderzoek onderzocht Chanikan Wongkaew hoe oppervlaktespanning, de kracht die druppels en bellen vormgeeft, kan worden omgevormd van een passieve fysische beperking tot een actief ontwerpinstrument voor het creëren van levensecht gedrag in zachte materialen.
Wongkaew ontwikkelde minimale synthetische modellen waarin oppervlaktespanning wordt gekoppeld aan moleculaire chiraliteit en chemische reacties om dynamische processen aan te sturen. Zo konden bolvormige druppels, door oppervlaktespanning te verlagen en lichtresponsieve moleculen toe te voegen, omkeerbaar veranderen in vertakte of spiraalvormige structuren, vergelijkbaar met celachtige uitsteeksels. In een ander systeem zorgden lichtgestuurde moleculaire motoren voor chiraliteitsomkering in vloeibare kristaldruppels, waarbij de handigheid dynamisch wisselde en zich voortplantte van moleculair tot microscopisch niveau. Tot slot liet Wongkaew zien hoe chemische reacties die amfifiele moleculen produceren, micellen en vesikels vormen die op hun beurt autonome druppelbeweging aandrijven via gradiënten in oppervlaktespanning.
Samen tonen deze studies aan dat oppervlaktespanning niet slechts een achtergrondbeperking is maar een krachtige motor voor beweging, aanpassing en zelforganisatie. Door eenvoudige natuurkundige principes te koppelen aan moleculair ontwerp, kunnen synthetische druppels levensechte dynamiek nabootsen zoals vormverandering, chiraliteitsschakeling en zelfvoortbeweging. Naast fundamentele inzichten opent dit onderzoek wegen naar toepassingen in synthetische cellen, adaptieve biomaterialen, zachte robotica en nanogeneeskunde, velden waarin materialen die kunnen bewegen, vervormen of reageren steeds belangrijker worden.
Lees ook: Fundamenteel onderzoek met levensgrote effecten
Chanikan Wongkaew voerde haar onderzoek uit bij het Stratingh Institute for Chemistry, afdeling Active Molecular Systems, met financiering van EU - HORIZON2020. Ze vervolgt haar loopbaan als postdoc bij de Rijksuniversiteit Groningen.