Nieuwe materialen dankzij slimme beestjes

Foto: University of Utah

Chemicus en materiaalkundige Marleen Kamperman kijkt goed naar het dierenrijk, analyseert die kennis tot op het molecuul, en vertaalt die naar nieuwe materialen. Na de haartjes op een gekkopootje, onderzoekt ze nu de kleefkracht van de lijm die zandkasteelwormen gebruiken om hun huisjes mee te bouwen. Om te kijken of die slimme vondst uit het dierenrijk ook gebruikt kan worden door chirurgen.

‘Als kind vond ik biologie al interessant, hoe lichamen werken, vernuftige eigenschappen van dieren. Het werd uiteindelijk een studie scheikunde, maar daarna kwam het allemaal bij elkaar. Nu doe ik onderzoek naar nieuwe materialen door te kijken naar biologische systemen en ze te kopiëren. De afgelopen paar jaar onderzocht ik de haartjes op gekkopootjes die er voor zorgen dat die dieren op een oppervlak blijven ‘plakken’ en ook snel weer los kunnen komen. En ik keek hoe je met behulp van nanotechnologie die structuur kon imiteren. Nu ben ik bezig met een nieuw onderzoek, wat dichterbij komt bij mijn vak als scheikundige: lijm uit de zee.’

kleefkracht in het water
‘Voor inspiratie aan nieuwe onderzoeksonderwerpen ga ik regelmatig naar congressen waar biologen hun vondsten presenteren en koppel die kennis aan mijn eigen scheikundige achtergrond. Er zijn dus dieren die het grote talent hebben dat ze lijm uitscheiden, waardoor ze in het water blijven plakken. Bijvoorbeeld de mossel, die kan zich hechten aan allerlei oppervlakken. Wat is die sterke waterlijm, uit welke stoffen bestaat die? En wat nou als je die kleefkracht op natte oppervlakken kunt inzetten voor bijvoorbeeld chirurgische lijm?

Er zijn heel veel verschillende dieren die goed hechten en plakken, maar bij de zandkasteelworm dacht ik: ‘aha’. Dat is een borstelvormig wezentje van maar een paar millimeter groot. Ze wonen in zee, bijvoorbeeld in Californië. Die worm wordt zo genoemd, omdat hij zijn huisje bouwt van zand en steentjes. Die lijmt hij aan elkaar tot een soort buisjes van zand. Als er heel veel van die beestjes bij elkaar zijn, krijg je hele zandsculpturen. Ik ben nu aan het kijken welke stoffen precies in die lijm zitten en we proberen die nu chemisch na te maken. We gebruiken dus niet het beest zelf, maar alleen zijn technieken en zijn recepten.’

Gelijmd dankzij een worm
‘De lijm, zo weten we inmiddels, bestaat uit eiwitten en polysachariden. Wij imiteren die eiwitten in synthetische polymeren met dezelfde eigenschappen. In de toekomst hopen we de lijm te kunnen testen op weefsel, om te kijken of hij ook op het lichaam te gebruiken is. Hij is denk ik het meest geschikt om  zachte weefsels aan elkaar te bevestigen. Het gaat nog wel lang duren verwacht ik, maar ik hoop wel heel erg dat in de toekomst mensen na een operatie gelijmd kunnen worden met de techniek van de zandkasteelworm. Dat zou leuk zijn.

En dan? Er is nog zoveel te onderzoeken. In de zee zijn nog veel meer dieren met interessante hechtingssystemen. Neem de zeepok, die blijft op boten zitten, is bestand tegen alle krachten van weer, wind, water, snelheid: die heeft een van de sterkste lijmen in de zee. En zeekomkommers vallen hun belagers aan door met een kleverige lijm te schieten: genoeg fascinerends voor een materiaalkundige.’

Marleen Kamperman
Deze chemicus en materiaalkundige is onderzoeker en hoofddocent chemie aan de Wageningen University, bij het departement ‘Physical Chemistry and Soft Matter,’ waar op nanoniveau wordt gekeken naar biologische verschijnselen en chemie. Ze is ook lid van De Jonge Akademie van de KNAW won in 2017 samen met dichter Ellen Deckwitz de Nationale Wetenschapsquiz 2017.