De grootste kristallen waren gemiddeld 60 nanometer.

In Eindhoven is een recept ontwikkeld dat magnetiet in vitro bijna net zo gecontroleerd laat uitkristalliseren als in een bacterie. Kwestie van goed kijken hoe die bacteriën dat aanpakken, blijkt uit een publicatie in Crystal Growth & Design.

Dat magnetiet (Fe3O4) bevat zowel Fe2+ als Fe3+, en vertoont magnetische eigenschappen die sterk afhangen van de kristalgrootte. Zogeheten magnetotactische bacteriën maken snoeren van zulke kristallen aan. Die werken als een kompasnaald en geven zo de bacterie een idee welke kant hij op zwemt; het evolutionaire nut zou kunnen zijn dat dat handig is wanneer je binnen een waterlaag met een bepaalde zuurstofconcentratie probeert te blijven.

Hoe die kristallen in vivo ontstaan is nog allerminst duidelijk, maar er zijn sterke aanwijzingen dat er eerst Fe2O3.xH2O oftewel ferrihydriet wordt gevormd. Voor de omzetting in magnetiet zijn er dan twee mogelijkheden: óf een deel van de Fe3+ wordt gereduceerd tot Fe2+, óf er komt extra Fe2+ van buiten bij.

Jos Lenders, Nico Sommerdijk en collega’s gokten op die laatste mogelijkheid en wisten haar inderdaad in vitro na te bootsen. Hun proces is gebaseerd op de pH-afhankelijkheid van de oplosbaarheid van beide ijzerionen in water. Simpel gezegd laat je ammoniak diffunderen in een oplossing van FeCl3 en FeCl2 in de verhouding 2:1. De pH loopt hierdoor langzaam op. Bij pH = 3 zie je dan ferrihydrietvorming, maar pas bij pH = 8 gaat Fe2+ ook meedoen en verandert het ferrihydriet in magnetiet, waarbij het water uit het kristal wordt gewerkt.

Hoe groot de magnetietkristallen daarbij worden, hangt zowel van de ijzerconcentratie af als van het tempo waarin de pH oploopt. Dat laatste is weer te sturen via de ammoniakconcentratie. Tot nu toe is het gelukt de gemiddelde diameter te variëren van 17 tot 60 nanometer. Die laatste waarde ligt ruim binnen het gebied waarin de kristallen ferrimagnetisch worden.

Het resultaat is al een stuk beter dan wat er gebeurt als je die ijzerchlorides gewoon bij elkaar giet; dan krijg je namelijk alleen paramagnetische kristalletjes van minder dan 20 nm. Maar er zit nog te veel spreiding in de diameters van de kristallen, waarschijnlijk omdat ze niet allemaal tegelijk beginnen te groeien. Vermoedelijk heeft de bacterie dáár ook een trucje voor.

De onderzoekers suggereren net zo lang oppervlakte-actieve stoffen, eiwitten en/of polymeren uit te proberen tot dat trucje duidelijk wordt. De in-vitrokristallisatie is op zich simpel genoeg om zo’n uitgebreide screening uitvoerbaar te maken.

Het is al uitgeprobeerd met een peptide waarvan bekend is dat de bacteriën het gebruiken; dat leverde magnetietkristallen met een afwijkende vorm op die bovendien het soort snoeren begonnen te vormen dat je ook in die bacteriën ziet.

bron: Crystal Growth & Design