Een onderzoeksteam uit Eindhoven heeft voor het eerst in detail in beeld gebracht hoe een schelp aangroeit.

De schelpen die je ziet liggen op het strand zijn niets minder dan lege omhulsels van de weke diertjes die er ooit in leefden. Ze begonnen als klein schelpje, maar werden steeds groter: laagje voor laagje. Onderzoekers uit Eindhoven zijn er nu voor het eerst in geslaagd om dit groeiproces realtime te volgen. De ruim dertig jaar oude – maar tot dusver nooit bewezen – theorie over hoe schelpen precies groeien wordt hiermee bevestigd, schrijven de onderzoekers deze week in het blad Nature Materials.

‘Ionenspons’

Met behulp van elektronenmicroscopie hebben de onderzoekers als het ware kunnen ‘filmen’ hoe calciumcarbonaat – het harde materiaal waaruit een schelp grotendeels bestaat – bij een schelp aangroeit. Een grote ontdekking, want voorheen lukte het slechts om snapshots te bekijken door tussentijds het groeiproces te bevriezen.

In de realtime-versie van het groeiproces zag het onderzoeksteam, onder leiding van Nico Sommerdijk van de Technische Universiteit Eindhoven, dat de schelp specifiek aangroeit op plaatsen waar er zich een ‘ionenspons’ bevindt. Deze plaatsen trekken extra veel calciumionen aan en lijken deze vast te houden; vandaar de vergelijking met een spons. De aanwezige carbonaatmoleculen verbinden zich in deze spons vervolgens makkelijk met de calciumionen. Dit levert uiteindelijk het harde calciumcarbonaat (kalksteen) voor de schelp op.

Zonnecellen

Kort samengevat is het hele proces niets anders dan kristalvorming waarin kalksteen het kristal is dat zich vormt in de spons. Nu de onderzoekers dit weten, kunnen ze het natuurlijke proces van kristallisatie op een nog efficiëntere manier nabootsen. Met de juiste ingrediënten en door de spons te bewerken kunnen ze daardoor kristallen laten ‘groeien’ waar en in welke vorm ze maar willen.

Kristallisatie wordt veel gebruikt in technologische toepassingen, zoals in nanotechnologie of de productie van geneesmiddelen. Omdat het proces op basis van dit onderzoek nu beter wordt begrepen, verwachten de onderzoekers een technologische efficiëntieslag te kunnen slaan. Vooral de productie van zonnecellen kan hiermee flink worden versneld.

Bronnen: Nature Materials, AlphaGalileo, Technische Universiteit Eindhoven, Scientific American