Gel voor biomedische toepassing supersnel te fabriceren

12 april 2013

Moleculaire hydrogels hebben enorm veel mogelijke toepassingen in gebieden zoals cel- en weefselkweek, de petrochemische industrie en cosmetica, maar de hiervoor belangrijke eigenschappen van de gel zijn moeilijk te sturen. NWO-onderzoeker Rienk Eelkema van de TU Delft ontwikkelde een techniek waarmee de gels met behulp van katalysatoren gemakkelijk en nauwkeurig bij kamertemperatuur gemaakt kunnen worden. Hij publiceert daarover in Nature Chemistry.

Links gel zonder katalyse, rechts gel met katalyseLinks gel zonder katalyse, rechts gel met katalyse

De structuur en mechanische eigenschappen (bijvoorbeeld stijfheid en hardheid) van moleculaire gels zijn moeilijk te sturen. In gels houdt een kleine hoeveelheid van een moleculair of polymeernetwerk een grote hoeveelheid vloeistof vast. Op deze manier kan de vloeistof niet langer stromen. Met behulp van katalysatoren zijn de onderzoekers erin geslaagd om de structuur van die moleculaire netwerken te sturen. Door de snelheid van de vorming van de gelmoleculen te vergroten met behulp van de katalysator worden de eigenschappen van het gelnetwerk beïnvloed. Het is daarmee mogelijk om - hoewel de concentratie van gelmoleculen in alle gevallen hetzelfde is - toch heel verschillende materialen te maken. 

Dit soort materialen werd vooralsnog vaak gemaakt bij hoge temperaturen of onder andere zware omstandigheden. Deze processen konden uren tot dagen duren. Voor veel biomedische toepassingen is dat onacceptabel. De onderzoekers slaagden erin in enkele minuten tijd moleculaire hydrogels met instelbare stijfheid te maken door simpelweg twee eenvoudige verbindingen met elkaar te mengen in water, en bij kamertemperatuur met elkaar te laten reageren onder invloed van de katalysator.

De twee bouwblokken van de hydrogel zijn cyclohexaan trishydrazide en een aldehyde. Door deze twee met elkaar te laten reageren in water ontstaat er een gelerende stof. De bindingen tussen de twee bouwstenen van deze gelator worden gevormd door hydrazonen. Deze hydrazonen kunnen heel goed waterstofbruggen maken naar andere gelatormoleculen, waardoor de gel kan vormen. De vorming van deze molecuulgroep kan goed beïnvloed worden met zowel zure als nucleofiele katalyse.

Het onderzoek werd grotendeels gefinancierd door NWO. Rienk Eelkema ontving van NWO een Veni.

Publicatie


Bron: NWO