De stijve kern (groen en geel) met in de ‘oksels’ de supramoleculaire ‘lading’ (afb: Mark E. Seniw, Northwestern-universiteit)

Er schijnt een nieuw (?) wondermateriaal te zijn ontwikkeld in de VS dat zowel een rol kan spelen bij de gerichte afgifte van medicijnen als bij het maken van kunstspieren. In feite gaat het over een klasse materialen: een combinatie van de ‘aloude’ polymeren en de recenter ontwikkelde supramoleculaire polymeren. Dat materiaal, een hybride polymeer dus, schijnt ook zichzelf te kunnen herstellen.

Deze combinatie van functies vereist een materiaal dat zowel stijf als soepel is. “We hebben een polymeer gemaakt waarvan delen meermalen chemisch kunnen worden verwijderd en weer toegevoegd”, zegt onderzoeker Samuel Stupp van de Northwestern-universiteit. “Sommige delen van dat polymeer bestaan uit gewone polymeren maar andere delen zijn zogeheten supramoleculaire polymeren, die snel reageren op bepaalde ‘prikkels’ uit de omgeving en die makkelijk te herstellen zijn. Die supramoleculaire delen zouden polymeren kunnen zijn met functies die we ook in levende systemen zien.”

Het nieuwe polymeer bestaat scheikundig gezien uit twee typen die met sterke zogeheten covalente bindingen en die met zwakke, niet-covalente bindingen. Die laatste zijn dan de supramoleculen. Stupp: “Dit zou dan een derde hoofdstuk in de polymeergeschiedenis zijn. Het eerste bestond uit de ‘gewone’ polymeren, het tweede de supramoleculen en het derde de hybride polymeren. Met die laatste kunnen we actieve en reagerende materialen maken, zoiets als biomoleculen. Sommige van die materialen waar we mee bezig zijn werken als kunstspieren.”
De hybride materialen ontlenen hun eigenschappen aan de structuur op nanoschaal. Het stijve, covalente geraamte van de verbinding heeft een doorsnee die lijkt op een Japanse werp-ster: een stijve kern met spiralende armen. Tussen die armen zit het zachtere, ‘levende’ materiaal. Dat is het gedeelte dat kan uitwisselen, herstellen en worden beladen. Onderzoek leerde dat de twee typen moleculen geboden zijn door zogeheten waterstofbruggen, die vrij makkelijk kunnen worden verbroken. Stupp: “Het opmerkelijke is dat het tegelijkertijd aangroeien van de twee typen een structuur oplevert die anders is dan van de twee polymeren alleen. Dit materiaal kan gebruikt worden bij medicijnafgifte, waarbij je het ‘zachte’ deel belaadt met medicijnen en elders ‘lost’. Die cyclus kun je herhalen.”

Het bleek dat het covalente deel van het hybride polymeer wordt gekatalyseerd door de supramoleculaire deel, met als resultaat een veel groter polymeermolecuul. Daarmee zou je dus in principe meer ‘lading’ kunnen vervoeren in, bijvoorbeeld, de bloedbaan, maar het lijkt dat afmetingen ook problemen kunnen geven in deze specifieke toepassing (medicijnafgifte). “We zijn nog maar aan het begin om te ontdekken welke mogelijkheden dit materiaal heeft”, zegt Andy Lovinger van de NSF, de Amerikaanse financieringsinstelling voor de wetenschap.

Bron: Science Daily