Naar de content

'Ik wil de grens tussen levende en dode materie laten vervagen'

Interview met Peter Korevaar, chemicus die natuurlijke systemen wil nabootsen in synthetische materialen

Unsplash, Teemu Paananen via CC0

Levende organismen communiceren heel slim met hun omgeving. Onze materialen kunnen dit nog niet, maar daar wil Peter Korevaar verandering in brengen. De Nijmeegse universitair docent onderzoekt synthetische materialen die je niet van levende organismen kunt onderscheiden.

Hoewel we planten meestal niet zien als slimme organismen, communiceren ze wel veel met hun omgeving en met soortgenoten. En dat zonder ook maar een woord te uiten. Toen een antilopesoort in Zuid-Afrika de acaciabomen kaal begonnen te vreten, maakten die bomen extra tannine aan en doodden daarmee drieduizend antilopen. Zelfs bomen die zelf nog geen last hadden van de veelvraten, bleken deze stof extra aan te maken omdat ze ‘gewaarschuwd’ waren door bomen in de buurt – die stootten de stof etheen uit. Dit soort slimme communicatie vind je terug in veel levende organismen, maar het lukt ons nog niet om deze slimheid na te bootsen in de spullen die wij maken. Maar als het aan universitair docent Peter Korevaar ligt, komt daar verandering in.

Korevaar promoveerde onder Bert Meijer, waar hij zelfassemblage onderzocht: moleculen die uit zichzelf grotere netwerken vormen. Daarna vertrok hij naar Harvard om te werken aan zogenaamde hydrogels; materialen bestaande uit 3D-netwerken die water opnemen en zo een gel vormen. In april 2017 startte Korevaar zijn eigen groep aan de Radboud Universiteit Nijmegen.

In zijn huidige onderzoek combineert hij zijn interesse voor materialen zoals hydrogels en levende systemen: “We willen levensechte synthetische materialen maken, die zich aanpassen aan hun omgeving.” Onlangs ontving Korevaar een NWO ‘start-up’-subsidie om zijn onderzoek verder uit te breiden. NEMO Kennislink sprak hem over zijn plannen.

Zijn de materialen die we nu gebruiken nog niet slim genoeg?

“Synthetische materialen die wij nu gebruiken, zoals metaal, plastic of glas, hebben één functie. Maar de levende natuur is ontzettend dynamisch en daar halen wij onze inspiratie vandaan. Er zijn een heleboel functies die levende materie wel kan hebben en dode materie niet. Of beter gezegd: nog niet. Daar ligt voor ons een mooie kans.”

“Als ultiem doel wil ik de grens tussen levende materie en dode materie laten vervagen. Nu is het totaal duidelijk wanneer iets leeft en wanneer niet, omdat er een enorm gat zit tussen wat synthetische materialen kunnen en de elegantie waarmee dat in de natuur gebeurt. Dat doel ligt nog ver weg, maar ik hoop dat ik stappen kan zetten en een bijdrage kan leveren.”

Wat voor materialen kunnen we dan verwachten?

“We zijn nu bijvoorbeeld bezig met hydrogels die tellen. Eencellige organismen zoals amoeben kunnen dit van nature, met het zogenoemde quorum sensing. Dit betekent dat ze door het opvangen van signaalmoleculen precies weten hoeveel andere amoeben zich om hen heen bevinden. Onze computers doen iets vergelijkbaars, maar chemisch gezien hebben we nog geen materiaal die dit kan.”

“Daarom werken we aan hydrogelbolletjes die dit soort gedrag vertonen. Dit zou kunnen lukken als je een netwerk maakt van chemische reacties die elkaar beïnvloeden, bijvoorbeeld door de omgeving zuurder te maken of te zorgen dat een bolletje inkrimpt of uitzet. Het is ons al gelukt om een hydrogel te ontwikkelen die kan herkennen of een chemische reactie in zijn omgeving heel snel of heel langzaam verloopt. Nu moet hij daar nog op reageren.”

Waar zou je zoiets voor gebruiken?

“Onze bolletjes zullen natuurlijk niet direct computers vervangen. Bovendien zijn we nog niet heel gericht bezig met het maken van specifieke toepassingen. We kijken meer in algemene zin of we materialen op een nieuwe manier kunnen maken. Uiteindelijk willen we materialen die zich op allerlei mogelijke manieren aanpassen aan hun omgeving, door bijvoorbeeld van vorm te veranderen.”

“Dit kan met allerlei materialen zoals hydrogels, maar we gebruiken ook veel moleculaire zelfassemblage. De verschillende onderdelen van dit soort systemen zitten niet sterk aan elkaar vast, dus dat maakt het mogelijk om het weer af te breken en op een andere manier op te bouwen. Als ons dat lukt zijn er zeker veel toepassingen te bedenken, zoals biosensoren die veranderingen in het lichaam of in het milieu kunnen detecteren, maar we moeten het eerst nog voor elkaar krijgen.”

Korevaar wil dit soort hydrogels aanpassen en met hun omgeving laten communiceren.

 Wikimedia Commons, Petra Klawikowski via CC BY 3.0

Maar de complexiteit zit toch al in de natuur? Kun je daar geen gebruik van maken?

“We zouden ervoor kunnen kiezen om te werken met eiwitten, cellen of DNA en dat in onze materialen te verwerken. Dat gebeurt al wel in andere onderzoeksgroepen in Nederland, maar wij willen onze materialen volledig synthetisch maken. Dat heeft deels te maken met de kosten. Synthetische materialen zijn vaak goedkoper als je ze uiteindelijk in een toepassing wilt gebruiken. Bovendien vraag ik me af: wat leer je ervan als je de natuur het werk laat doen? Ik wil juist graag tot op de bodem uitzoeken hoe de natuurlijke systemen verlopen, wat hun geheim is en dat dan nabootsen.”

“Het kan heel goed zo zijn dat onze technieken uiteindelijk hetzelfde opleveren als mensen die dit soort materialen maken door natuurlijke systemen te integreren. Op de lange termijn moeten we misschien wel gaan samenwerken, de verschillende aanpakken combineren en zo nog slimmere materialen maken. Maar als een klein onderzoekslab moet je toch kiezen, je kunt niet alles doen. En dan kies ik toch voor het begrijpen van de natuur door gedrag met synthetische bouwstenen na te maken.”

Welke toepassing zal het snelst op de markt verschijnen?

“Dat is lastig te zeggen. Sommige onderzoekers gebruiken al hydrogels in hun biomaterialen. Deze materialen implanteren ze in het lichaam en dan neemt het tijdelijk een functie over of laat het cellen weer groeien. Dat werkt al wel, maar je zou die biomaterialen veel slimmer kunnen laten reageren op wat er gebeurt in het lichaam. Bijvoorbeeld dat ze een extra medicijn loslaten als er een ontsteking optreedt.”

Zullen deze materialen het aantal benodigde grondstoffen op de wereld flink verminderen?

“Dat is nu nog te veel gevraagd, dat lossen we niet zomaar op. Maar je ziet wel dat de levende natuur veel efficiënter met materialen omgaat en ze slim hergebruikt. Dat zie je nog niet in het veld van de synthetische materialen. En als we materialen maken die hun bouwstenen op verschillende manieren kunnen samenstellen en weer loslaten, zet je wel een stap in de goede richting. Maar dat duurt nog wel even.”

ReactiesReageer