Wie wel eens een sinaasappel afpelt, kent het effect. Als je een schil te veel verbuigt, spuit er ineens een fijn straaltje sterk geurende vloeistof uit. Met een beetje pech belandt het vocht in je oog.

Biologen hebben nog altijd geen idee waar dit mechanisme voor dient, en óf het überhaupt een functie heeft. Maar bij ingenieurs van de University of Central Florida in de Verenigde Staten ging er een lampje branden. Die druppeltjes met aromatische olie uit de sinaasappelschil zijn zo klein dat ze in de lucht blijven zweven. Misschien dat het mechanisme van de citrusvrucht wel te gebruiken is voor het toedienen van medicijnen; een nieuw type verstuiver dus.

De onderzoekers keken daarop heel goed naar de schil van de sinaasappel en van andere citrusvruchten, zoals de citroen. Vlak onder de harde, buitenste schil bevindt zich een laagje dat vol zit met olieklieren. Die olie dient om de schil van de sinaasappel te herstellen als die wordt beschadigd of afgeschaafd.

Als je de schil buigt, komen die olieklieren in de knel en zoekt de aromatische olie een uitweg. Loopt de druk hoog genoeg op, dan breekt heel lokaal het buitenste membraan van de schil (de flavedo) en spuit de olie naar buiten. Zo’n zeer smalle vloeistofstraal bereikt binnen de kortste keren een snelheid van wel 10 m/s.
 

Hogesnelheidscamera's

De onderzoekers en ingenieurs van de University of Central Florida - een gebied waar veel citrusvruchten worden verbouwd - bekeken dit proces met hogesnelheidscamera’s, voor verschillende soorten fruit. Zie de video hieronder.

Vervolgens probeerden ze de interne structuur van zo’n vrucht na te bouwen in eindige-elementen-software. Dit is simulatiesoftware waarin je aan structuren allerlei fysische eigenschappen kunt geven, zodat je het werkelijke gedrag van materialen zo dicht mogelijk benadert met computerberekeningen.



 

Stabiele vloeistofstraal

Hiermee kregen ze een idee over hoe ze materiaaleigenschappen en afmetingen op elkaar moeten afstemmen om een stabiele vloeistofstraal te creëren. Dit is nieuwe kennis; het was nog niet precies bekend via welk mechanisme citrusvruchten hun oliën in de rondte spuiten.

Hoewel dit onderzoek nog in de kinderschoenen staat, hopen de onderzoekers de opgedane kennis over de sinaasappelschil te kunnen gebruiken voor nieuwe manieren om medicijnen toe te dienen. ‘Astmapatiënten gebruiken nu inhalators die meerdere keren gebruikt kunnen worden. Misschien dat een dun plakje bioafbreekbaar materiaal, geïnspireerd op de sinaasappelschil, wel een goedkopere manier is om het medicijn te verstuiven’, zegt promovendus Nicolas Smith van de University of Central Florida in een persbericht.

Het mechanisme van de sinaasappelschil is nu opgehelderd, maar voor het instellen van de juiste dosering is nog veel onderzoek nodig. ‘Het is belangrijk dat we precies snappen hoe die microstraaltjes werken en hoe we ze zo kunnen instellen dat het straaltje stabiel is. De grootte van de druppeltjes is cruciaal, want daarmee regel je de dosering van het medicijn’, zegt collega-onderzoeker Andrew Dickerson in hetzelfde persbericht.

Meer details over het onderzoek zijn te lezen in deze recente publicatie in het tijdschrift PNAS.

Openingsfoto www.pexels.com