- De universiteit , Onderzoek
- 10/01/2022
ERC-miljoenen voor immuunsysteem- en energieopslagonderzoek
Voor de TU/e-onderzoekers Anthal Smits en Antoni Forner-Cuenca is het nieuwe jaar met goed nieuws begonnen: ze hebben elk een persoonsgebonden subsidie van de European Research Council (ERC) ter waarde van 1,5 miljoen euro toegekend gekregen. Smits zal de financiering gebruiken om te werken aan de reactie van het immuunsysteem op implantaten, terwijl Forner-Cuenca onderzoek zal doen naar nieuwe betaalbare en hernieuwbare opslagsystemen voor batterijen. De onderzoekers kunnen de financiering gebruiken voor hun onderzoek in de komende vijf jaar.
Anthal Smits, die assistent-professor is in de groep Soft Tissue Biomechanics and Tissues Engineering van de afdeling Biomedische Technologie, heeft grote plannen voor de toekomst van implantaattechnologieën met zijn door de ERC gefinancierde project MACxercise.
"De vraag naar geavanceerde medische implantaten neemt exponentieel toe, maar de grootste uitdaging bij implantaten is ervoor te zorgen dat het immuunsysteem van het lichaam een implantaat snel accepteert, in plaats van het af te stoten", zegt Smits. "En in dit onderzoeksproject zullen we de immuunrespons in ons voordeel gebruiken!"
Smits wil implantaten maken van synthetische biomaterialen die geleidelijk worden vervangen door levend weefsel in het lichaam, maar de sleutel tot het project is de hulp van immuuncellen, macrofagen genaamd. "Macrofagen zijn de poortwachters voor de succesvolle integratie van implantaten. Het plan is om hun immuunrespons in te zetten, met bepaalde biochemische en microstructurele veranderingen als gevolg."
Macrofaag tennis
Normaal gesproken worden macrofagen bestudeerd onder statisch aandoende laboratoriumomstandigheden, maar in het lichaam zijn deze cellen onderhevig aan krachten en bewegingen als gevolg van ademhaling, hartslag en lichaamsbeweging. "Ik wil graag weten welke krachten en bewegingen de macrofagen het meest beïnvloeden", voegt Smits toe.
Om het verder uit te leggen, geeft Smits een voorbeeld met schilderen en tennis. "Stel, je bent een geweldige schilder. Maar zou je dan nog steeds in staat zijn om een geweldig schilderij te schilderen en tegelijkertijd te tennissen? In dit project plaatsen we macrofagen op de tennisbaan, zodat we hun gedrag onder levensechte omstandigheden kunnen bestuderen. Het project acroniem MACxercise is dan ook een afkorting van 'macrophage exercise'."
Om dit doel te bereiken, zal Smits kijken naar hoe macrofagen mechanische belastingen waarnemen en erop reageren. "Zonder een diepgaand begrip van de mechanobiologie van macrofagen en het effect daarvan op implantaten, is het bijna onmogelijk om de juiste biomaterialen te ontwerpen voor succesvolle en effectieve implantaten."
Dit ambitieuze project is gericht op het combineren van nieuw en innovatief onderzoek uit verschillende vakgebieden, zoals biomaterialenwetenschap, immunologie en weefselmanipulatie. "MACxercise zal helpen te ontcijferen hoe macrofagen in hun omgeving werken en hoe hun acties implantaten en hun materialen beïnvloeden", voegt Smits toe.
Elektrode-microstructuren
Met zijn ERC-subsidie wil Antoni Forner-Cuenca, assistent-professor aan de faculteit Chemical Engineering and Chemistry, een belangrijke bijdrage leveren aan de elektrochemische wetenschap door onderzoek te doen naar nieuwe technologieën voor energieopslag tegen lage kosten.
"Gemotiveerd door problemen met hernieuwbare energietechnologieën is er de laatste tijd veel vooruitgang geboekt op het gebied van elektrochemische energieopslag voor grootschalige toepassingen", zegt Forner-Cuenca. "Redox-flowbatterijen zijn bijvoorbeeld naar voren gekomen als veelbelovende systemen, maar deze technologieën hebben hoge kosten."
"In dit project zal ik een nieuw concept onderzoeken dat uitsluitend vertrouwt op goedkope en overvloedige materialen om een betaalbaar energieopslagsysteem te ontwerpen op basis van ijzer en lucht, een zogenaamde Fe-air redox-flowbatterij (FAIR-RFB)", legt Forner-Cuenca uit. Om dit te bereiken is hij van plan verschillende uitdagingen aan te gaan met betrekking tot het ontwerpen van elektrodes voor FAIR-RFB's.
Uitdagingen voor de toekomst
Ten eerste zal Forner-Cuenca nieuwe manieren onderzoeken om elektrode-microstructuren te ontwerpen. "Het plan is om methoden zoals evolutionaire algoritmen te combineren met experimenten om de optimale vorm, grootte en porositeit te voorspellen."
Vervolgens zal hij bestuderen hoe het oppervlak van de elektrode het transport van de lading en chemicaliën beïnvloedt. Het team zal dan geselecteerde moleculen op de elektrodes plaatsen en nano-elektrochemische beeldvorming uitvoeren om te beoordelen hoe deze veranderingen de elektrodewerking beïnvloeden.
Tenslotte zullen Forner-Cuenca en zijn team een elektrochemische reactor ontwikkelen voor FAIR-RFB's met hoog vermogen. "Deze fase van het project zal voortbouwen op de vorige fasen, en het doel is om geavanceerde ijzer- en luchtelektroden te maken die een elektrochemische cel met hoge spanning en lage weerstand opleveren."
Forner-Cuenca, die ook een extra financiering van 400.000 euro heeft ontvangen voor de aankoop van een geavanceerde elektrochemische microscoop, heeft er alle vertrouwen in dat dit project zal leiden tot belangrijke doorbraken op het gebied van elektrochemische energieopslagsystemen.
RFB's zullen helpen de prestaties en duurzaamheid van goedkope energieopslagtechnologieën te verbeteren, wat belangrijke gevolgen kan hebben voor de integratie van hernieuwbare bronnen (wind, zon) en kan helpen het elektriciteitsnet koolstofvrij te maken."
De Europese onderzoeksraad ERC heeft vandaag bijna 400 starting grants van gemiddeld 1,5 miljoen euro verdeeld. Daarvan zijn er 44 voor Nederlandse instellingen. Dat is wederom een uitzonderlijk goede score.
Discussie