Virusdeeltjes in een donut volgen vast patroon


Meer informatie
Contactperso(o)n(en): Ans Hekkenberg
Weblocatie: http://www.fom.nl/live/nieuws/archief_persberichten/persberichten2016/artikel.pag?objectnumber=340388
printerversie
29 juni 2016

Virusdeeltjes in een donut volgen vast patroon

Grote biomoleculen in een kleine ruimte vormen spontaan symmetrische patronen. Dit ontdekten onderzoekers van FOM-instituut AMOLF samen met collega's uit Oxford en Juelich toen zij staafvormige virusdeeltjes opsloten in ronde microkamertjes. Wat begon als een toevallige ontdekking, opent een
heel nieuw gebied in de fysica van ultrakleine vloeibare kristalcellen, met potentiele toepassingen in nieuwe displays. De resultaten van het onderzoek verschijnen op 29 juni in Nature Communications.
Virusdeeltjes
vergroten Virusdeeltjes
Patronen van virusdeeltjes opgesloten in donut-vormige microkamertjes. Meest links: bewerkte microscoopopname, waarin de richtingen van de deeltjes als kleuren worden aangegeven, die een drievoudig symmetrisch patroon laat zien. Daarnaast 'snaphots' van computersimulaties, die laten zien dat
als het binnenste gat van de donut groter wordt, je eerst drie en daarna steeds meer domeinen vindt.
"De biologie is steeds onze inspiratiebron. In dit geval wilden we begrijpen hoe cytoskelet-polymeren, die biologische cellen hun stevigheid geven, beinvloed worden door de ruimtelijke begrenzing binnen een cel," vertelt AMOLF-groepsleider prof.dr. Bela Mulder. Uit experimenten in de groep van
zijn collega prof.dr. Gijsje Koenderink bleek dat er interessante patronen ontstaan wanneer het polymeer actine wordt opgesloten in vierkante microkamertjes op een chip.

Modelsysteem
Via collega's uit Oxford en Juelich kregen de AMOLF-onderzoekers een perfect modelsysteem in handen om deze patronen nader te onderzoeken: cilindervormige, stijve virusdeeltjes van gelijke lengte. Mulder en Koenderink onderzochten het gedrag van deze virusdeeltjes in een kleine ruimte zowel
'virtueel' door de thermische beweging van staafjes, opgesloten in kleine kamertjes, met behulp van de computer te simuleren, als in het lab, waar staafvormige virusdeeltjes werden opgesloten in microkamertjes op het oppervlak van een glasplaatje.

Mulder: "In schijfvormige kamertjes met een gat - een soort donuts - ontstonden verrassende patronen, namelijk meerdere, symmetrisch geplaatste domeinen van opgelijnde staafjes. Uit de simulaties bleek dat er afhankelijk van de grootte van het gat, in principe drie of meer domeinen ontstaan.
In de experimenten hebben we de drievoudige symmetrische versie van dit patroon ook daadwerkelijk gezien."

Nieuwe fysica
Dit onderzoek laat zien dat zien het gedrag van zogenaamde colloidale vloeibare kristallen sterk verandert wanneer de individuele deeltjes 'weten' hoe de groot de ruimte is waarin ze zich bevinden. De lengte van de virusdeeltjes (ongeveer een micrometer) is veel groter dan van deeltjes die
normaal gesproken in de vloeibare kristalfysica worden onderzocht. "Dit is nieuwe fysica, geinspireerd en gefaciliteerd door de biologie," aldus Mulder. "Er zijn interessante toepassingen te bedenken. We kunnen bijvoorbeeld bestuderen hoe deze kamertjes licht verstrooien. Dat kan ons
vervolgens inspireren om een nieuw soort 'bouwblokken' te ontwerpen waarmee we betere displays kunnen maken."

Theoreticus in het lab
Dat Mulder en Koenderink hun onderzoek richtten op schrijfvormige microkamertjes, was het gevolg van toeval. Om betrokken te blijven bij het wetenschappelijke 'handwerk' moesten alle AMOLF-groepsleiders een dag in het lab doorbrengen - voor theoreticus Mulder geen dagelijkse kost. Samen met
een collega bekeek hij onder de microscoop een chip met duizenden microkamertjes, gevuld met opgeloste actine filamenten. Ook de letters en cijfers die als merktekens in de chip geetst zijn, gedroegen zich als microkamertjes. "Juist daar zagen we heel interessante patronen," vertelt Mulder.
"Zo ontstond het idee om het gedrag in een donutvormige microkamer - geinspireerd op de letter O - nader te onderzoeken."

Contactinformatie
Bela Mulder, (020) 754 72 12
Gijsje Koenderink, (020) 754 71 90

Referentie
Finite particle size drives defect-mediated domain structures in strongly confined colloidal liquid crystals , Ioana C. Garlea, Pieter Mulder, Jose Alvarado, Oliver Dammone, Dirk G.A.L. Aarts, M. Pavlik Lettinga, Gijsje H. Koenderink, Bela M. Mulder, Nature Communications (2016). DOI:
10.1038/NCOMMS12112.