ERC Advanced Grant voor natuurkundige Marjolein Dijkstra

2,5 miljoen euro voor onderzoek om passieve nanomaterialen tot leven te brengen

Marjolein Dijkstra

Prof. Marjolein Dijkstra (Natuurkunde) heeft een ERC Advanced Grant toegekend gekregen. Dit is de hoogste onderzoekssubsidie van de European Research Council, die jaarlijks wordt toegekend aan uitzonderlijke en richtingbepalende senior onderzoekers. Prof. Dijkstra ontvangt 2,5 miljoen euro voor haar project Rational Design of Soft Hierarchical Materials with Responsive Functionalities: Machine learning Soft Matter to create Soft Machines.

Verder gaan dan de traditionele, passieve nanostructuren

Het doel van dit project is om verder te gaan dan de traditionele, passieve nanostructuren en om ontwerpregels te ontwikkelen voor zachte materialen en machines die zich autonoom kunnen assembleren, voelen, reageren en herconfigureren. De natuur toont een overvloed aan zelfgeassembleerde dynamische materialen die reageren op externe stimuli. Zo wordt de beweging van bacteriën gestuurd door chemotaxis, veranderen kameleons van kleur om hun lichaamstemperatuur te reguleren, hebben planten het vermogen om te buigen in de richting van zonlicht en kunnen gekko’s zich met kleine haartjes op hun voeten vastgrijpen aan oppervlakken. In al deze gevallen is de potentie om van vorm te veranderen gecodeerd in een geavanceerd biologisch composietmateriaal dat bestaat uit een vaste nanostructuur en een elastisch biopolymeernetwerk.

Zachte herconfigureerbare materialen onderzoeken

Geïnspireerd door deze fascinerende voorbeelden is Prof. Marjolein Dijkstra van plan om een verscheidenheid aan zachte herconfigureerbare materialen te onderzoeken met responsieve functionele eigenschappen die voortkomen uit een hiërarchische assemblage van structuren en materialen over meerdere lengteschalen. Ze zal zich richten op dynamische materialen die reageren en van vorm veranderen door de nanostructuur elastisch te koppelen aan een zachte elastische matrix of hydrogel.

Deze hydrogels of polymeernetwerken kunnen worden geactiveerd door pH, temperatuur, zout of licht, wat resulteert in een in- of uitstroom van water die de gel doet zwellen of krimpen. De mechanische krachten die door de gel worden gegenereerd kunnen de nanostructuur omkeerbaar herconfigureren en bieden zo vele spannende mogelijkheden om passieve nanomaterialen tot leven te brengen.

Herconfigureerbare dynamische materialen die voelen, reageren en zich aanpassen aan veranderingen in de omgeving hebben potentiële toepassingen in bijvoorbeeld medicijnafgiftesystemen, ramen die hun reflectievermogen aanpassen, slim textiel, zelfherstellende composieten en zachte robotica.

Video: een ‘switchable’ kristal

Het kristalrooster van kubische colloïdale deeltjes kan van vorm veranderen door de grootte van de temperatuur-gevoelige microgel-deeltjes (niet zichtbaar) te veranderen.