ERC Grant Meijer: supramoleculaire chemie

De atomen in moleculen worden bij elkaar gehouden door vaste (covalente) verbindingen, en de menselijke kennis hierover is groot. Om moleculen te assembleren gebruikt de natuur echter vaak zwakkere omkeerbare (niet-covalente) bindingen. Deze dynamische omkeerbaarheid creëert een wereld aan mogelijkheden – denk aan genezing, groei en aanpassing. De fundamentele kennis op dit terrein, de supramoleculaire chemie, is echter nog relatief beperkt, zeker in vergelijking met de uitzonderlijk complexe moleculaire machinerie van het leven.

Bert Meijer wil het daarom de supramoleculaire chemie een boost geven, door het mogelijk te maken om niet-covalente structuren te maken in verschillende stappen en met verschillende componenten. Voor inspiratie kijkt hij niet alleen naar de natuur, maar ook naar de grote kennis die er is van (covalente) organische chemie, waarvan hij verwacht dat er veel overeenkomsten zijn. De opgedane kennis moet uiteindelijk een elementair onderdeel worden van de supramoleculaire chemie. De woorden zelfassemblage en zelforganisatie, die centraal stonden in de supramoleculaire chemie, wil hij vervangen door ‘niet-covalente synthese’, met andere woorden: een gestuurde opbouw van complexe materie.

Als uitwerking wil de hoogleraar Organische Chemie een supramoleculaire hydrogel ontwikkelen die bestaat uit verschillende componenten. Deze gel moet in staat zijn om naar behoeven specifieke signaal-eiwitten aan te trekken om zo biochemische processen te sturen. Het doel is de ideale ondergrond te ontwikkelen voor het kweken van biologisch weefsel (tissue engineering).

Het derde deel van het onderzoek richt zich op supramoleculaire materialen die leiden tot ‘spin-filtering’. Spin is een eigenschap van onder meer elektronen die lijkt op ‘draaiing’. Het filteren van spin, door het aanbrengen van een dun laagje van bepaalde supramoleculaire materialen, blijkt het splitsen van water in waterstof en zuurstof veel efficiënter te maken. Meijer gaat onderzoeken hoe nieuwe materialen deze wezenlijke stap in het maken van ‘solar fuels’ optimaal kunnen ondersteunen.

Meijer krijgt 2,5 miljoen euro van de ERC voor zijn onderzoek. In 2009 kreeg hij ook al een Advaced Grant van de ERC. Het is zeldzaam dat een wetenschapper de topbeurs van de ERC twee keer krijgt.

ERC Grant Sommerdijk: Totaalplaatje van botvorming

De menselijke botten bestaan uit een matrix van het zachte materiaal collageen waarin het harde materiaal calciumfosfaat groeit, dat de stevigheid geeft. Dit botvormende proces is bijzonder complex, omdat het zich afspeelt op verschillende lengteschalen. Bovendien is het moeilijk in het echt (in het levende lichaam) te bestuderen. De kennis over collageenmineralisatie, over hoe bot zich precies vormt, is dan ook nog beperkt.

Nico Sommerdijk wil als eerste een totaalplaatje genereren van de mechanismen van collageenmineralisatie. Hij gaat zijn onderzoek doen met levend materiaal dat voortkomt uit weefselkweek met menselijke cellen – dit in samenwerking met de groep van Sandra Hofmann en Keita Ito (BMT). Hij zet een brede set aan hypermoderne en grensverleggende visualisatie- en analysetechnieken in, die hem in staat moeten stellen om à la Google Earth op verschillende lengteschalen de processen te bestuderen en inzicht te geven in de sturende rol die eiwitten spelen.

Hiervoor brengt hij verschillende analyse technieken (CryoFIB/SEM-EBSD-SIMS) samen in een nieuw instrument, waarmee hij voor het eerst visualisatie en chemische analyse in 3D kan combineren. Verder gaat hij visualisatietechnieken combineren waarmee het voor het eerst mogelijk wordt om live en in 3D te kijken naar de processen op nanoschaal. Sommerdijk krijgt in totaal 3,5 miljoen euro subsidie van de ERC.

Foto: Nico Sommerdijk (links) en Bert Meijer. Door Vincent van den Hoogen en Bart van Overbeeke.