For best experience please turn on javascript and use a modern browser!
You are using a browser that is no longer supported by Microsoft. Please upgrade your browser. The site may not present itself correctly if you continue browsing.

Deeltjes die op eigen kracht bewegen ("actieve materie") zijn op dit moment een hot topic in de natuurkunde, en de theorie om zulke deeltjes te beschrijven is nog volop in ontwikkeling. Experimenten aan goed gekarakteriseerde actieve materie zijn daarom hard nodig. Bachelorstudent Tess Heeremans deed experimenten waarin ze voor het eerst actieve materie kon sorteren op activiteitsniveau. Ze deed dat met een methode uit de scheikunde: chromatografie. De actieve "deeltjes" waren... minuscule wormpjes.

Toen de Covid-lockdown begon, verhuisde Tess haar opstelling, en toverde haar woning voor twee maanden om in een privélaboratorium om het onderzoek af te ronden. Over de resultaten schreef ze met haar collega’s een artikel dat vorige week werd gepubliceerd in Science Advances.

Aquariumwinkel

Natuurkundigen beschrijven grote verzamelingen van deeltjes zoals atomen of moleculen met behulp van statistische mechanica. Met die theorie kan het collectieve gedrag van zo'n verzameling zeer nauwkeurig worden voorspeld. Zo kun je bijvoorbeeld de soortelijke warmte van een vloeistof – de energie die nodig is om de vloeistof één graad op te warmen – berekenen uit de eigenschappen van de moleculen waaruit die vloeistof bestaat. Maar voor deeltjes die anders dan atomen en moleculen zélf bewegingsenergie kunnen genereren bestaat nog geen theorie. Juist zo'n theorie zou zeer waardevol zijn, omdat veel collectief gedrag in de natuur (dat van kolonies bacteriën of mieren, scholen vissen, zwermen vogels) waarschijnlijk ook is te beschrijven als actieve materie.

Tubifex wormpjes. Foto: A. Deblais, UvA.

Voor het ontwikkelen van een theorie zijn experimenten aan goed gekarakteriseerde actieve materie essentieel. Een eerste stap is daarbij om te zorgen dat de deeltjes die je bestudeert dezelfde, goed gedefinieerde activiteit vertonen. Wat te doen als je een mix van deeltjes hebt met verschillende activiteit? Onderzoekers van het Van ’t Hoff Institute for Molecular Sciences en het Institute of Physics bedachten een oplossing: chromatografie, een klassieke methode uit de scheikunde, die ook blijkt te werken voor actieve materie. Bachelorstudent Tess Heeremans deed de experimenten waarin Tubifex-wormpjes als ‘actieve deeltjes’ fungeerden. Aanvankelijk uit een aquariumwinkel (ze dienen als vissenvoer) en later zelf gekweekt.

Wormen in een doolhof

Bij chromatografie laat je gewoonlijk mengsels van moleculen door een kolom gevuld met poreus materiaal stromen. Hoe beter moleculen zich hechten aan het poreuze materiaal, hoe later ze uit de kolom komen, en zo kun je mengsels van verschillende soorten moleculen scheiden. In het geval van de actieve wormpjes bleek verrassend genoeg dat deze chromatografie-aanpak ook werkt om deeltjes met verschillende activiteit van elkaar te scheiden: wanneer je wormen met water door een doolhofstructuur laat stromen, komen de actieve wormen er veel sneller uit dan de heel trage.

Een worm stroomt tussen rooster van paaltjes door. Een actievere worm verandert vaker van vorm, en stroomt daardoor sneller door het doolhof, dan een minder actieve worm. Beeld: A. Deblais, UvA.

Tess ontwierp en bouwde haar chromatografie-opstelling zelf, en werd een goede bekende in het UvA Technology Center. Toen de Covid-lockdown begon, regelde ze een busje en verhuisde samen met vrienden haar opstelling naar haar studentenflat, waar ze haar experimenten afrondde. In haar artikel, vorige week verschenen, wordt dit grappige detail niet vermeld, maar in het dankwoord aan het eind wordt wel de aquariumwinkel in de Javastraat hartelijk bedankt voor hun bijdrage aan de experimenten.

Publicatie

Tess Heeremans, Antoine Deblais, Daniel Bonn, Sander Woutersen, "Chromatographic separation of active polymer–like worm mixtures by contour length and activity", Sci. Adv. 8, eabj7918 (2022) DOI: 10.1126/sciadv.abj7918

Lees ook:

De verrassende viscositeit van verstrikte wormen