Het minuscule bootje is slechts 30 micrometer lang; ongeveer een derde van de dikte van een haar.

Onderzoekers van de universiteit van Leiden hebben een boot gebouwd. Maar niet zomaar eentje: een minuscuul klein exemplaar. Het bootje is zo uniek, dat hij zelfs het allerkleinste 3D-geprinte schip ter wereld is. We kunnen er dus niet mee de oceaan op. Maar het bootje kan ons wel veel nieuwe inzichten verschaffen over zogenaamde ‘microzwemmers’.

Het microbootje
Het microbootje is ongelofelijk klein: van boeg tot achtersteven meet dit bootje slechts 30 micrometer. Voor je eigen beeldvorming, dat is ongeveer een derde van de dikte van een haar. Met deze grootte vestigen de onderzoekers een heus wereldrecord. Want nog nooit is iemand erin geslaagd om zo’n klein bootje met behulp van een 3D-printer te vervaardigen.


Foto van 3DBenchy; het minuscule bootje dat van boeg tot achtersteven slechts 30 micrometer meet. Afbeelding: Universiteit Leiden

Zoals je op de foto hierboven kan zien, ziet het bootje eruit als een normaal schip. Bovendien kan het ook echt varen, zo stellen de onderzoekers. “We hebben het bootje 3D benchy genoemd,” vertelt de Leidse onderzoeker Daniela Kraft in een interview met Scientias.nl. “Hij heeft een erg uitdagend ontwerp. Zo is het huisje hol en het schoorsteentje bijzonder klein.”

3D-printer
De onderzoekers fabriceerden het bootje met behulp van een 3D-printer. 3DBenchy is een standaard 3D-ontwerp, bedoeld om 3D-printers op de proef te stellen. “We wilden graag weten of onze printer erin zouden slagen zwemmers van enkele micrometers groot te maken,” legt Kraft uit. Het team gebruikte de nieuwe Nanoscribe Photonic Professional printer. En zoals het eindresultaat laat zien, zijn de onderzoekers glansrijk in hun opzet geslaagd.

Microzwemmers
Het minuscule bootje maakt deel uit van een experimenteel onderzoek naar zogenaamde microzwemmers. Dat zijn kleine deeltjes die in het water bewegen en die je met een microscoop kan volgen. Eén van de doelen van het onderzoek is dan ook om het gedrag van biologische microzwemmers, zoals bacteriën, beter te gaan begrijpen. Zo willen onderzoekers bijvoorbeeld ophelderen hoe bacteriën zich voortbewegen. “Ik vind microzwemmers fascinerend,” vertelt Kraft. “Ik wil graag gaan begrijpen hoe hun vorm hun gedrag beïnvloedt. De vorm lijkt bijvoorbeeld belangrijk te zijn voor hun individuele voortbeweging, bijvoorbeeld om in de buurt van voedsel of lichtbronnen te komen.”


Zwerm
Maar dat is niet het enige. “Hun vorm is ook belangrijk voor hun collectieve gedrag,” gaat Kraft verder. “Bacteriën vormen bijvoorbeeld zogenoemde ‘zwermen’ waarin ze samen naar een nieuwe plek zwemmen. Hun vorm lijkt deze verplaatsing efficiënter te maken.” Toch weten we hier het fijne nog niet van. “Deze vragen kunnen we dan ook het beste met synthetische zwemmers onderzoeken,” onderstreept Kraft. “In dat geval beschikken we namelijk niet over andere actieve mechanismen waarmee we hun beweging kunnen aanpassen. Bovendien kunnen we met synthetische microzwemmers niet-evenwichtssystemen onderzoeken.”

Aandrijving
De onderzoekers hebben tijdens hun experimenten verschillende vormpjes laten zwemmen. Naast het bijzondere bootje, printten ze bijvoorbeeld ook microscopische wokkels die als een schroef meedraaien terwijl ze voortgestuwd worden. “De schroefjes waren in vergelijking met de andere vormpjes vrij snel,” vertelt Kraft. Geen van deze vormpjes maakte overigens gebruik van bewegende onderdelen. “Ze worden allemaal aangedreven door een chemische reactie, namelijk het omzetten van waterstofperoxide (de ‘brandstof’) op een platinum oppervlak (de ‘motor’) naar water en zuurstof,” gaat Kraft verder. “Tijdens deze reactie ontstaat er een ongelijkmatige verdeling van de moleculen om het deeltje heen wat een beweging van de vloeistof veroorzaakt en op deze manier het deeltje aandrijft.”

De studie heeft meerdere implicaties. “Met dit project hebben we laten zien dat de speciale 3D-printer gebruikt kan worden om microzwemmers met allerlei vormen te bouwen,” concludeert Kraft. Meestal wordt onderzoek naar microzwemmers gedaan met bolvormige deeltjes. Maar zoals de studie laat zien bieden 3D-geprinte microzwemmers nieuwe mogelijkheden. En zo’n grappig klein varend bootje dat bovendien wereldrecords breekt, is natuurlijk al helemaal leuk.