Wissenschaftler kommen selten direkt auf den Punkt. Eine Ode an die unerwarteten Entdeckungen. Heute: Wie der Chemiker Bert Meijer ein chemisches Grundprinzip zerstörte.
„Forscher in meiner Gruppe haben experimentiert, und plötzlich verwandelte sich ihre verdünnte Lösung in ein Gel. Das war merkwürdig, denn normal verdünnte Lösungen werden flüssiger.
„Wir forschen seit 25 Jahren an kleinen Molekülen, die sich zu relativ langen Fasern stapeln können. Wir nennen diese kleinen Moleküle Monomere und die Fasern werden supramolekulare Polymere genannt. Wenn Polymere in Wasser sind, bilden sie ein Gel.
„Es war immer sehr mühsam, zusätzliche Substanzen wie Zucker an die Bausteine der Polymere zu kleben. Einer unserer Forscher wollte dieses Problem umgehen, indem er Seife zu einem Gel hinzufügte. Seine Idee war, dass sich die Seifenmoleküle zwischen den Polymeren ansiedeln. Dadurch konnten wir die zusätzlichen Substanzen einfach an die Seifenmoleküle anheften, statt an die Monomere selbst.
„Zusammen mit einem jungen französischen Studenten führte er einige Experimente im Labor durch. Sie wollten sehen, wie weit sie gehen konnten und fügten ihrem Gel immer mehr Seife hinzu. Plötzlich verwandelte sich das Gel in eine Wasserpfütze. Das könnten wir erklären. Aber dann kam die größte Überraschung: Die Flüssigkeit verwandelte sich beim Verdünnen wieder in ein Gel.
‚Wir sagten zueinander: ‚Was passiert hier?‘ Denn jeder weiß: Wenn man etwas Wasser hinzufügt, wird ein Stoff dünner und wenn man die Konzentration von Stoffen erhöht, wird ein Stoff dickflüssiger. Was wir im Labor gesehen haben, war das genaue Gegenteil.
„Wir haben uns wie verrückt an die Arbeit gemacht, um dieses Phänomen herauszufinden. Jetzt verstehen wir genau, wie es funktioniert. Es geht um das Verhältnis zwischen der Anzahl der Monomere und der Anzahl der Seifenmoleküle in der Lösung.
„Wenn viele Bausteine vorhanden sind, bilden sie lange Ketten und man erhält ein Gel. Wenn Sie dann Seife hinzufügen, löst es die Polymere auf. Die Bausteine werden dann in Seifenkügelchen eingeschlossen, wodurch eine Flüssigkeit entsteht. Wenn Sie diese Flüssigkeit dann verdünnen, zerfallen die Seifenkügelchen und die Polymere können wieder ein Gel bilden.
Der Prozess funktioniert auch andersherum. Wenn Sie einer Flüssigkeit Monomere und Seife hinzufügen, erhalten Sie ein Gel. Aber wenn Sie das Gel noch weiter konzentrieren, wird es wieder flüssig.
„Unsere Entdeckung ist so allgemein, dass wir plötzlich viele Phänomene erklären können. Manche Haarshampoos enthalten beispielsweise ein in Seifenkügelchen gelöstes Polymer. Wenn Sie dieses Shampoo ausspülen, verdünnt das Duschwasser das Shampoo. Dadurch lösen sich die Polymere aus den Seifenblasen und fallen aus. Das ist gut für dein Haar.
„Wir untersuchen jetzt, ob wir unsere Entdeckung nutzen können, um ein künstliches Gel herzustellen, in dem Zellen wachsen können. Es gibt ein häufig verwendetes Gel auf dem Markt, aber es stammt von einem Maustumor und hat jedes Mal eine andere Zusammensetzung. Deshalb sucht die Forschungswelt intensiv nach einem Gel, das immer gleich ist und nicht von einem Tier stammt.
„Anfangs mag unsere Entdeckung wie ein Witz erscheinen, aber die Forscher müssen dies wirklich berücksichtigen. Ich gehe sogar davon aus, dass ein ähnlicher Prozess in Zellen ablaufen kann. Sobald Sie den Prozess kennen, sehen Sie, dass er überall passiert.“
Bert Meijer ist Universitätsprofessor für Makromolekulare und Organische Chemie an der Technischen Universität Eindhoven. Seine Forschung konzentriert sich auf supramolekulare Systeme oder kleine Moleküle, die zusammen einen großen funktionellen Komplex bilden.