Amsterdam (NL) – In recente computersimulaties gaat de vorming van kristalkiemen trager dan experimenten deden vermoeden. Preciezere experimenten moeten uitwijzen of de simulaties kloppen of dat de heersende theorieën aanpassing behoeven.


Stefan Auer en Daan Frenkel van het FOM-instituut in Amsterdam publiceren hun recente bevindingen in het vakblad Nature. Bij hun computersimulaties bestuderen ze de prille vorming van kristallen.
Kristallen ontstaan als in de chaos van een vloeistof enkele moleculen geordend bij elkaar gaan zitten. Er ontstaan dan minikristallen, ofwel kristalkiemen. Vele daarvan lossen weer op, maar sommige groeien door tot boven een kritieke massa. Die kunnen uiteindelijk grote kristallen vormen.

Doorsnede van een kritieke kristalkiem van harde, bolvormige colloïden. De donkere deeltjes behoren tot de vloeistoffase, de lichte tot de kristalkiem.

De vorming van kristalkiemen is enorm moeilijk waarneembaar. Auer en Frenkel voerden in het FOM-instituut voor Atoom- en Molecuulfysica (AMOLF) hun computersimulaties uit met kleine bolvormige deeltjes. Van dergelijke, zogenaamde colloïdale systemen zijn veel experimentele en theoretische gegevens bekend. In hun simulaties ontstaan de kiemen veel langzamer dan gedacht. De afwijking met experimentele uitkomsten is groter dan onnauwkeurigheid in de berekeningen. Auer en Frenkel stellen dat daarom de komende jaren betere experimenten moeten worden uitgevoed, die moeten uitwijzen of de simulaties goed zijn. Nieuwe meettechnieken, zoals confocale lasermicroscopie, bieden daartoe goede mogelijkheden.
Als uit nieuwe experimenten blijkt dat de simulaties juist zijn, dan is er voor het eerst een methode die de vorming van bijvoorbeeld eiwitkristallen kwantitatief voorspelt. Als de experimenten daarentegen aangeven dat de simulaties niet met de werkelijkheid overeenkomen, dan zullen chemici en natuurkundigen de heersende theorie over de vorming van kristalkiemen nog eens goed tegen het licht moeten houden.

Erick Vermeulen