Oliedruppels op water. Foto Shutterstock Dat ontdekte masterstudent Noor Appelman bij haar afstudeervak. Ze publiceerde erover in een wetenschappelijk tijdschrift.
Als je druppeltjes olie in water doet, gaan ze uit zichzelf ‘dansen’. Daar kwamen student Noor Appelman (masterstudent Moleculaire Levenswetenschappen) en universitair docent Siddharth Deshpande van de vakgroep Fysische Chemie en Zachte Materie achter. ‘De druppels doen samen iets heel anders dan je op basis van een enkele druppel verwacht’, vertelt Deshpande. ‘Het is een zogeheten emergent (spontaan opkomend) fenomeen. Normaal komt dat voor in complexe biologische systemen zoals een spreeuwenzwerm of een school vissen, maar het kan dus ook in simpele, niet-levende systemen.’
Zulk emergent gedrag van druppels was al bekend uit niet-levende systemen met drie ingrediënten, maar Appelman en Deshpande lukte het nu met twee: water en olie, in dit geval decanol. Ze publiceerden hun resultaten met twee medeauteurs onlangs in het tijdschrift Advanced Materials Interfaces.
Duwen en trekken
Appelman ontdekte de druppeldans per toeval tijdens een proef voor haar masterthesis. ‘Door de microscoop zag ik opeens dat druppels decanol een voor een naar boven kwamen en andere druppels wegduwden.’ De oliedruppels drijven net onder water omdat ze heel klein zijn. Regelmatig breekt een oliedruppel door het wateroppervlak. Vanuit die druppel strekt zich razendsnel een dunne olielaag uit. Dat is te danken aan het Marangoni-effect, een natuurkundig verschijnsel bekend van tranende wijn. De stroming naar buiten trekt het onderliggende water en de overige oliedruppels met zich mee: het ziet eruit alsof de ene druppel de rest wegduwt. Tegelijkertijd verdampt de olielaag en zuigt daarom meer olie weg uit de druppel, waardoor de stroming aanhoudt. Op een gegeven moment verdwijnt de olielaag en trekken alle druppels weer naar elkaar toe. Dat uiteengaan en terugkeren van druppels ziet eruit als een dans. Breekt een volgende druppel door, dan begint de dans opnieuw.
Wie dit in eigen keuken na wil doen, komt waarschijnlijk bedrogen uit. Met olijfolie gaat het niet lukken. ‘Olijfolie bestaat uit allerlei lange vetzuren, waardoor de olie veel trager verdampt,’ legt Deshpande uit. ‘Bovendien moeten de druppels kleiner zijn dan een tiende millimeter in doorsnee.’ Dat lukte de onderzoekers in het lab alleen met speciale apparatuur.
Synthetische cel
De ontdekking vormt volgens Deshpande een mogelijke bouwsteen voor een synthetische cel – een door mensen gemaakte cel. ‘Ik wil minuscule blaasjes van water bouwen die bewegen zoals levende cellen. Een cel kan zijn omgeving voelen en in reactie daarop bewegen. In zekere zin kunnen deze oliedruppels dat ook.’ De volgende stap is om de oliedruppels in te bouwen in de buitenkant van de blaasjes. ‘Misschien kunnen we de oliedruppel als buidel aan de buitenkant vastmaken, zodat het blaasje kan reageren op zijn omgeving en op andere blaasjes.’
Schrijven naast studie
Het gebeurt niet vaak dat een masterstudent als eerste auteur prijkt op een wetenschappelijke publicatie uit haar afstudeervak. Appelman schreef het artikel met hulp van de medeauteurs. Makkelijk was het niet. ‘Ons manuscript werd vijf keer afgewezen bij verschillende tijdschriften. Het duurde ruim een jaar en zorgde voor een hoop werk naast mijn studie. Maar het was de moeite waard.’
