Nanotech zelfs tegen obesitas

Nieuws | de redactie
26 mei 2009 | Nanotechnologie wordt beschouwd als een van de belangrijkste technologieën van de 21e eeuw. Dit onderzoeksterrein raakt dan ook aan onderwerpen als water, voeding, energie en gezondheid, wat de maatschappelijke relevantie van nanotechnologische kennis enorm maakt.

Wetenschappers zijn gefascineerd door de vraag hoe je de functionaliteit van stoffen en materialen kunt beïnvloeden, door tot op het niveau van de kleinste samenstellende deeltjes uit te zoeken hoe ze zijn opgebouwd. De technologie heeft raakvlakken met diverse wetenschappelijke disciplines, waaronder biologie, medische wetenschappen en natuurkunde, en is breed toepasbaar in bijvoorbeeld de industrie.

Er zijn twee benaderingen binnen de nanotechnologie. Bij de ene, top-down, worden bouwstenen geschaald van macroscopische tot nanodimensies. Het is ook mogelijk uit te gaan van de kleinste natuurlijke bouwstenen: de bottom-upbenadering. Vanuit atomen en moleculen worden macrostructuren opgebouwd. Deze twee benaderingen smelten samen door de samenwerking tussen experts uit de verschillende vakdomeinen.

De verschillende Nederlandse onderzoeksgroepen profiteren volop van elkaars kennis. Tien onderzoeksinstituten hebben elkaar gevonden in het National Consortium for Nanotechnology Research, kortweg NanoNed. Met een budget van m 235 miljoen voert NanoNed zo’n tweehonderd verschillende maatschappelijk, wetenschappelijk en economisch relevante projecten uit. In de Strategische Research Agenda Nanotechnologie hebben NanoNed, de Stichting voor Fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM) en de Technologiestichting STW vier thema’s vastgesteld: ionanotechnologie, nanomaterialen, nanofabricage en ‘beyond Moore’. Ook definieert de agenda vier applicatiegebieden waar deze thema’s relevant zijn: schoon water, energie, voeding en geneeskunde.

Eerste in Europa

De Faculteit Technische Natuurwetenschappen in Delft huisvest het Kavli Institute of Nanoscience, het eerste door de prestigieuze Kavli Foundation meegefinancierde instituut in Europa. In het instituut met zijn state-of-the-art cleanroom werken meer dan 130 wetenschappers van de zeven Delftse onderzoeksgroepen aan onder andere nanofabricatie. Met behulp van technieken als elektronenstraallithografie bouwen ze nanostructuren, variërend van supergeleiders tot biopolymeren. Op het gebied van quantum computing – een nieuw rekenconcept dat op termijn de huidige generatie computers zou kunnen vervangen – loopt het Delftse Kavli Institute of Nanoscience wereldwijd voorop.

Binnen het instituut wordt een afdeling Bionanoscience opgericht, waarin vooral de interface tussen nanotechnologie en biofysica, synthetische biologie en celbiologie centraal staat. Bionanoscience zal niet alleen doorbraken opleveren voor de fundamentele wetenschap, maar ook ons alledaagse leven beïnvloeden met toepassingen in gezondheidszorg en energie.

Een van de grootste instituten ter wereld staat in Twente: het MESA+ Institute for Nanotechnology. Verschillende disciplines in binnen- en buitenland werken er samen op het gebied van bionanotechnologie, nanofluidics, nano-elektronica, nanofabricage en -materialen en moleculaire fotonica. MESA+ is een belangrijke broedplaats voor startende bedrijven die er gebruikmaken van geavanceerde onderzoeksfaciliteiten, en profiteren van een (kennis) netwerk. Bij MESA+ wordt onder andere baanbrekend onderzoek gedaan naar zogenaamde Mott-materialen. Die geleiden elektriciteit, net als metalen, maar beschikken ook over het vermogen om zich bij relatief hoge temperaturen te gedragen als supergeleiders. De mogelijke effecten die optreden bij het bijeenbrengen van verschillende types Mott-materialen, kan een doorbraak betekenen in het onderzoek naar supergeleiders.

How far can we push chemical self-assembly?

In het Institute for Complex Molecular Systems (ICMS) in Eindhoven wordt op het snijvlak van theorie en experiment geprobeerd systemen na te bootsen die in de natuur voorkomen, en daar wiskundige modellen aan te relateren. Het instituut kreeg echter in 2008 ook een subsidie voor onderzoek naar ‘slimme’, multifunctionele medicijnen. Het ICMS werkt volgens een onorthodoxe manier: het doorbreekt grenzen tussen verschillende disciplines en brengt jonge en ervaren wetenschappers in gezamenlijk, multidisciplinair onderzoek.

Onderzoekers die zich bezighouden met nanotechnologie, worden ook opgeleid aan het Institute for Molecules and Materials (IMM) van de Radboud Universiteit in Nijmegen, dat zich toelegt op het ontwerpen en bestuderen van moleculaire structuren en materialen met gewenste eigenschappen en vooraf gedefinieerde functies. Het IMM is gespecialiseerd in de ‘bottom-up’-benadering van de nanotechnologie: moleculaire assemblage, materialenonderzoek, karakterisatie en nanoprobing. Ook hier is samenwerking tussen verschillende vakgebieden (vooral tussen chemici, fysici en wiskundigen) een belangrijke succesfactor, die geleid heeft tot nieuwe doorbraken, zoals ultrasnelle schakelingen van spins met licht en het oprichten van spin-offbedrijven. Maar liefst twintig onderzoeksgroepen houden zich bezig met uiteenlopende onderwerpen van condensed matter-fysica tot organische en biochemische synthese. Het instituut beschikt over bijzonder geavanceerde onderzoeksfaciliteiten, zoals een High Field Magnet Laboratory, een modern NMR-centrum, een iNanoLab en een laserlaboratorium, dat momenteel wordt uitgebreid met een Free Electron Laser-faciliteit.

Inspiratie uit de natuur

Op nanoschaal gedragen moleculen, atomen en elektronen zich op een manier die niet strookt met onze alledaagse intuïtie. Dat maakt het lastig om vast te stellen hoe de structuur en samenstelling van materialen de eigenschappen van die materialen bepalen. Toch is dat precies waar de toponderzoeksschool Zernike Institute for Advanced Materials in Groningen zich op richt. Daar wordt vanuit scheikunde, natuurkunde en biologie gekeken naar de mogelijkheden om nieuwe functionele materialen te ontwerpen, te ontwikkelen en te onderzoeken. Karakteristiek voor het Zernike Institute is daarbij de multidisciplinaire aanpak, die ook in de topmasteropleiding nanoscience zichtbaar is.

Er is dan ook een nauwe samenwerking met de andere Groninger onderzoeksinstituten GBB en CSB. In het Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute (GBB) richt het onderzoek zich vooral op proteïnen: wat is de invloed van hun structuur op de manier waarop ze werken, wat is precies hun functie in de cel, en waarom zijn ze interessant voor de medische wetenschap en de biotechnologie? Als die vragen zijn beantwoord, is het mogelijk proteïnen en micro-organismen te bouwen voor medische toepassingen. Bij het Groningse Centre for Synthetic Biology (CSB) worden met chemische en biochemische bouwstenen de elementen van ‘echte’ cellen nagemaakt, die op hun beurt cellen kunnen vormen met een specifieke, niet-natuurlijke functie. Dat is interessant omdat het de weg vrijmaakt voor de productie van bijvoorbeeld antibiotica, biosensoren en biochips,
maar ook van systemen die het mogelijk maken medicijnen gedoseerd toe te dienen.

Met nanotechnologie overgewicht te lijf

Dat zelfs problemen als overgewicht en duurzame productie van voedsel kunnen worden aangepakt vanuit nanotechnologisch onderzoek, bewijst het Wageningen Bionanotechnology Centre for Food & Health Innovations. Daar wordt gewerkt aan zeer gevoelige sensoren en diagnostische systemen die het mogelijk maken om voedselkwaliteit vast te stellen, productieprocessen aan te passen en nieuwe producten te ontwikkelen, bijvoorbeeld specifiek op bepaalde patiënten toegesneden voedingsmiddelen. Een andere interessante ontwikkeling is het onderzoek naar moleculen die zelf nieuwe structuren kunnen vormen. Dat onderzoek kan leiden tot de ontwikkeling van op cellen gelijkende structuren die medicijnen bevatten, en die zich door het lichaam kunnen bewegen op zoek naar kankercellen.

Deze analyse komt uit het nieuwe boek “Land, met schoone kleuren geschakeerd. Staalkaart van het Nederlands universitair onderzoek”. U vindt de pdf met deze bijzondere publicatie hier.














«
Schrijf je in voor onze nieuwsbrief
ScienceGuide is bij wet verplicht je toestemming te vragen voor het gebruik van cookies.
Lees hier over ons cookiebeleid en klik op OK om akkoord te gaan
OK