Je leest:

‘De ultieme uitdaging is om een alternatief te maken voor plastic dat net zo goed werkt’

‘De ultieme uitdaging is om een alternatief te maken voor plastic dat net zo goed werkt’

Interview met chemicus Ilja Voets over haar prijswinnende materialenonderzoek

Auteur: | 19 december 2019

Virussen, ijsvissen, verf – chemicus Ilja Voets ziet overal interessante vragen. Haar doel is om echt te begrijpen hoe we vanaf de basis nieuwe materialen moeten opbouwen. Voor haar onderzoek krijgt ze de KNCV Gouden Medaille 2019.

Ilja Voets, hoogleraar zelf-organiserende zachte materialen aan de TU Eindhoven. Voets studeerde moleculaire wetenschappen (cum laude) in Wageningen en promoveerde daar ook in 2008 (wederom cum laude). Ze was postdoctoraal onderzoeker in Zwitserland en werkt sinds 2011 bij de TU Eindhoven, waar ze in 2018 tot hoogleraar werd benoemd.
Rob Stork

Hoe kunnen vissen in de ijskoude poolzeeën overleven? Hoe slagen virussen erin hun lading te verpakken en af te geven? Is het voor een wateroplosbare verf gunstig als er veel verschillende bestanddelen in zitten of juist niet? Zomaar wat voorbeelden van vragen die Ilja Voets, hoogleraar zelf-organiserende zachte materialen aan de Technische Universiteit Eindhoven, zich stelt.

Door die vragen te onderzoeken wil Voets beter begrijpen hoe materialen werken en vooral, hoe de opbouw en structuur van een materiaal vanaf de allerkleinste bouwstenen de uiteindelijke eigenschappen bepaalt. Om dat te doen, combineert Voets scheikunde met natuurkunde, biologie en heel geavanceerde technieken om de structuur van materialen in beeld te brengen. Voets is de winnaar van de KNCV Gouden Medaille 2019, de jaarlijkse prijs voor een chemicus jonger dan veertig die al indrukwekkende prestaties heeft geleverd en van wie nog veel te verwachten is. NEMO Kennislink sprak Voets over haar wetenschappelijke werk en waarom het zinvol is dat we materialen beter leren kennen.

Materialen zijn chemische producten. Waarom heb je ook natuurkunde en biologie nodig in je onderzoek?

“Juist op de grensvlakken van vakgebieden gebeuren de spannende dingen. Ik vond op school de natuurwetenschappelijke vakken allemaal interessant en als je je verdiept in die verschillende vakgebieden dan zie je dezelfde principes terugkomen. Principes die je bijvoorbeeld ziet in de biologie zie je dan opeens ook in de chemie. Ik wil graag verbanden leggen tussen een fundamentele vraag en een toepassing in een materiaal, maar ook uitzoeken of ik dat inzicht algemener kan maken en kan gebruiken in een heel ander systeem. Op de grensvlakken van vakgebieden liggen voor mij grote vragen waarvan de antwoorden voor meerdere richtingen relevant zijn.”

Kun je een voorbeeld geven van hoe dat in de praktijk uitpakt?

In het ijskoude water rond Antarctica leeft deze zogeheten krokodilijsvis Chionodraco hamatus. De watertemperatuur kan hier dalen tot onder het vriespunt door het zoutgehalte, maar voor deze vissen is dat geen probleem.

“De ijsvissen zijn een goed voorbeeld. Die vissen leven in zeewater waarvan de temperatuur zo laag is, dat normaal gesproken hun bloed zou bevriezen. Toch gebeurt dat niet omdat deze vissen speciale eiwitten in hun lichaam hebben die zich hechten aan de ijskristallen waardoor die heel klein blijven en het bloed kan blijven stromen. De werking van die eiwitten biedt mogelijkheden om zelf polymeren [lange moleculen van herhalende bouwstenen, zoals kunststoffen maar ook eiwitten, red.] te ontwerpen die een vergelijkbare functie hebben, namelijk hechten aan ijs. Om die stap te maken moet je tot in detail begrijpen hoe dat proces werkt in die vissen. Welk eiwit zorgt voor die hechting, hoe doet het dat en op welke signalen reageert dat eiwit om actief te worden? Dat zijn allemaal vragen waar je biologie en natuurkunde voor nodig hebt. Daarnaast heb je chemische kennis nodig om te begrijpen welke onderdelen in dat eiwit zorgen voor de benodigde chemische interacties met het ijs en hoe je die kunt nabootsen in een synthetisch materiaal.”

En als je dat weet kun je materialen maken die zich aan ijs hechten? Waarvoor kun je die gebruiken?

“Als je begrijpt waarom iets goed hecht aan ijs, dan weet je ook wat je moet doen om de hechting te bevorderen, of juist om ervoor te zorgen dat het helemaal niet hecht. Dat kun je gebruiken om bijvoorbeeld lijm te ontwikkelen voor etiketten op diepvriesproducten. Die moeten goed vastzitten, maar je wil ze er misschien ook weer af kunnen halen. Helemaal voorkomen van hechting aan ijs is nuttig voor coatings op ramen, autoruiten of vliegtuigmotoren zodat die niet bevriezen.”

Je bestudeert ook virussen. Wat heeft dat met materialenonderzoek te maken?

Driedimensionale reconstructie van de eiwitmantel van het herpes simplex virus 1 (HSV-1) op basis van elektronenmicropische opnames.

“We zijn vooral geïnteresseerd in de capsiden van virussen. Dat zijn de eiwitmantels die het omhulsel van een virus vormen en zo het genetisch materiaal verpakken en beschermen, waardoor het actief blijft. Dat is interessant als je nadenkt over materialen die je voor medische toepassingen kunt gebruiken om bijvoorbeeld therapeutische eiwitten, geneesmiddelen of DNA voor gentherapie door het lichaam te vervoeren en op de juiste plaats af te geven. Wij kijken heel specifiek naar de structuur van die eiwitmantel. Hoe is die opgebouwd en wat is de functie van de verschillende onderdelen? Zijn er misschien patronen te ontdekken in de manier waarop de bouwstenen zijn gerangschikt? Wat zijn de kenmerken van die bouwstenen? En ook hier weer proberen we dat om te zetten naar meer algemene principes die we vervolgens nabootsen in synthetische materialen die ook een gevoelige lading kunnen verpakken en beschermen.”

Begint jouw onderzoek met een praktisch probleem of werk je vanuit een fundamentele vraag?

“Dat kan allebei zijn. Soms is er een toegepaste vraag, zoals de behoefte aan materialen die niet aan ijs hechten, maar die brengt ons dan naar fundamentele vragen over eigenschappen van materialen. Voor mij is fundamenteel onderzoek heel belangrijk, maar het is net zo belangrijk dat je die vragen zodanig kiest dat het antwoord ook iets kan bijdragen aan een groter doel of een toegepaste vraag.”

Uitgelicht door de redactie

Geneeskunde
Verkouden kinderen in de klas, is dat verstandig?

Neurowetenschappen
Vertraging op de lijn

Biologie
De maakbaarheid van ongeboren leven in 2039

Maar bedrijven mopperen vaak dat de stap van fundamenteel onderzoek dat universiteiten doen naar een praktische toepassing veel te groot is. Hoe zie jij dat?

“Ik denk dat die stap niet altijd zo groot hoeft te zijn. Wij werken aan fundamentele vragen, maar die vragen willen we beantwoorden voor systemen die relevant zijn voor concrete toepassingen. Dan kan een dieper begrip op fundamenteel niveau soms best snel leiden tot een toepassing omdat het voor anderen nuttige aanknopingspunten oplevert.”

Waar moet ik aan denken bij ‘relevante systemen’?

“Momenteel werken we samen met een groep bedrijven die verf maken. Een verf bestaat uit veel verschillende materialen, waaronder allerlei polymeren. Dit project gaat over de invloed van de samenstelling van een polymeer op de eigenschappen van wateroplosbare verf. Die polymeren in verf zijn behoorlijke complexe materialen en een van de vragen is of die complexiteit gunstig is of niet. Voor ons is dat heel interessant omdat het iets fundamenteels kan zeggen over de structuur van materialen en de effecten daarvan in een groter geheel, terwijl het voor de verffabrikanten snel iets kan opleveren dat ze kunnen gebruiken om nieuwe samenstellingen te ontwikkelen en testen.”

De Gouden Medaille die je hebt gekregen houdt ook een verwachting voor de toekomst in. Wat mogen we van jouw onderzoek verwachten de komende jaren?

Massatoerisme in de Vallei der Koningen in Egypte zorgt ook voor veel afval.

“Ik wil graag bijdragen aan het rationeel ontwerpen van nieuwe materialen. We weten nu nog nauwelijks wat de rol is van de verschillende bouwstenen, de moleculen, in een materiaal en we weten ook nog niet wat de rol is van de volgorde waarin je de bouwstenen aan elkaar koppelt. Anders gezegd: we begrijpen nog niet hoe de structuur van een materiaal de uiteindelijke functie bepaalt. En zolang we dat niet weten kunnen we veel belangrijke, praktische problemen niet oplossen.”

Zoals?

“Denk aan het vervangen van schaarse, dure, giftige of moeilijk verwerkbare grondstoffen in materialen. Zeldzame metalen bijvoorbeeld of stoffen die niet afbreekbaar zijn in het milieu. Als we die willen vervangen door duurzame alternatieven, moeten we heel goed begrijpen wat die grondstof precies doet in dat materiaal en dus moet je weten hoe dat materiaal tot in het kleinste detail in elkaar zit en wat het juiste proces is om die structuur op te bouwen. De ultieme uitdaging voor materiaalonderzoekers is natuurlijk om een materiaal te maken dat net zo goed werkt als de huidige plastics. Dat net zo stabiel is, de inhoud net zo goed beschermt, net zo licht is etc., maar dan weer niet zo stabiel is dat het tot ongewenst afval leidt. Nieuwe materialen moeten aan veel meer eisen voldoen, ook als ze hun functie hebben vervuld. Ik denk dat we materialen meer en meer gaan zien als een dienst in plaats van een product.”

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 19 december 2019

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.