Lees verder
Wat als je tabaksplanten elastine-achtige eiwitten kunt laten maken met de eigenschappen van spinnenzijde? Waarmee je structuren kunt 3D-printen, die in het menselijk lichaam zijn te implanteren? Zodat uit stamcellen weer orgaanweefsel kan groeien. Science fiction? Niet voor de wetenschappers van het Aachen-Maastricht Institute for Biobased Materials, AMIBM.
Pierre Gielen

In het internationaal, multidisciplinair instituut AMIBM werken Maastricht University, RWTH Aachen en het Fraunhofer Instituut samen, met steun van de Provincie Limburg. ‘AMIBM is hét bewijs dat grensoverschrijdende samenwerking werkt in Limburg’, stelde de nieuwe Limburgse gedeputeerde Joost van den Akker (Economie en Kennisinfrastructuur) dan ook, bij het openen van de derde ABC-Conferentie op de Brightlands Campus Chemelot in Geleen, vrijdag 20 april.

De multidisciplinaire aanpak kwam goed tot uitdrukking in het overvolle conferentie-programma, waarin 20 sprekers binnen zes expertisegebieden elkaar in hoog tempo opvolgden, beginnend met de keynote speech van prof. Pasi Kallio van de Tampere University of Technology in Finland over microrobotica (zie het nieuwsbericht hierover). Tussendoor streden studenten van Maastricht University met posterpresentaties om de Best Poster Award 2018. Hoe uiteenlopend de lezingen echter ook waren, de rode draad daarin was steeds dat vraagstukken worden benaderd vanuit meerdere wetenschappelijk disciplines. Dat is de essentie, waarmee AMIBM aansluit bij het Brightlands motto: knowledge crossing borders.

Natuurlijke materialen

De eerste sessie, ingeleid door prof. Rainer Fischer van AMIBM, focuste op het gebruik van natuurlijke materialen voor technologische toepassingen. Zo onderzoekt prof. Udo Conrad van het Leibniz Instituut voor Plantgenetica en Teeltonderzoek (IPK) hoe (tabaks)planten eenzelfde soort vezels kunnen maken als voorkomen in spinnenzijde. Spinnen zijn in staat om op een efficiënte manier een web van hoog-elastische draad te bouwen, waarmee ze een prooi kunnen vangen zonder het web kapot te maken. Conrad ziet toepassingen van vezels met deze eigenschappen voor het bouwen van elastische ‘scaffolds’, draagstructuren voor het kweken van menselijk orgaanweefsel.

Dr. Luisa Bortesi is vanuit AMIBM betrokken bij dit onderzoek. Zij onderzoekt hoe het mogelijk is ‘om planten zich te laten gedragen als spinnen, door het DNA erop te laten lijken’. Purificatie van de vezels is nog wel een uitdaging, evenals het voorkomen dat het menselijk lichaam de op deze manier gemaakte biomaterialen afstoot. Behalve medische toepassingen, ziet Bortesi ook andere mogelijkheden, zoals het kweken van elastisch hout.

Nieuwe bouwstenen

Volgens prof. Stefaan de Wildeman van AMIBM is er een grote behoefte aan nieuwe biobased building blocks, chemische bouwstenen met unieke eigenschappen, als alternatief voor de ‘fossiele’ chemie. Hiermee houdt bijvoorbeeld dr. Martin Schürmann van InnoSyn (voortgekomen uit DSM) zich bezig. Het bedrijf bouwt momenteel een pilot plant voor biokatalyse op Chemelot, die medio 2018 wordt geopend. Biokatalyse is het gebruik van enzymen als katalysatoren voor organische chemie, waarbij biologie en chemie worden geïntegreerd. Op deze manier kunnen nieuwe, effectievere routes worden ontwikkeld voor de productie van chemicaliën.

Dr. Marie Delgove (AMIBM) ging dieper in op onderzoek naar een van deze biokatalyse-processen in het Horizon 2020 Robox-project.

Performance materials

Het thema high perfomance biobased materials werd ingeleid door prof. Sanjay Rastogi. Het gaat het om materialen die hoge belastingen aan kunnen, zoals bijvoorbeeld biocomposiet. Dr. Guy Buyle van Centexbel gaf hierbij een toelichting op het BIO4SELF project, waarbij wordt gezocht naar mogelijkheden om een zelfversterkt biocomposiet (SRPC) te maken uit PLA. Dit betekent dat zowel de vezel als de matrix van hetzelfde materiaal worden gemaakt, hoewel beiden andere eigenschappen hebben. Zelfversterkte materialen hebben als voordeel dat ze licht van gewicht en eenvoudig te recyclen zijn. In het geval van PLA is nog wel enig onderzoek naar het verbeteren van de robuustheid noodzakelijk. Buyle ziet toepassingen van deze materialen in bijvoorbeeld de automotive en de witgoedindustrie, evenals voor sportuitrusting.

Dr. Jules Harings gaf daarna een bevlogen inhoudelijke presentatie over de waterstofbinding in polyamiden.

Duurzaamheid

De biobased oorsprong van materialen, betekent niet dat deze materialen ook vanzelf duurzaam zijn. Dat was het onderwerp van de vierde sessie, ingeleid door dr. Yvonne van der Meer (AMIBM). Voor dit gedeelte werd via een live verbinding gelegd met prof. Claude Villeneuve van de Université du Quebec au Chicoutimi (Canada), die om persoonlijke redenen niet aanwezig kon zijn. Villeneuve heeft een model met zes dimensies samengesteld om de duurzaamheid van materialen te meten. Ecologie is slechts één van deze dimensies; ook sociale, economische, ethische en culturele factoren spelen een rol. Volgens deze methode kan het bijvoorbeeld gebeuren dat een pocketboek gedrukt op nieuw papier duurzamer is, dan op gerecycled papier. Recycling vereist namelijk een uitgebreide logistieke operatie en bewerkingsstappen die een negatieve impact hebben op de duurzaamheid.

Dr. Achille Laurent (AMIBM) ging verder in op de invloed van de supply chain. Hij maakte onder meer LCA-analyses van gelamineerde houten balken uit Canada, waaruit blijkt dat de grootste impact op het duurzaamheidsgehalte van een product wordt bepaald door de wijze van transport (over de weg of via het water).

Textieltoepassingen

Prof. Gunnar Seide van AMIBM leidde het onderwerp textiel in: het is plooibaar, elastisch, ademt en heeft nog vele andere eigenschappen die het tot een ideaal materiaal maken voor vele toepassingen, van tapijt tot kleding, tot vezelmat voor het versterken van composiet. Volgens Prof. Thomas Gries van het Institute for Textile technology Aachen (RWTH-ITA), is het onderzoeksgebied enorm uitgebreid. Niet alleen omdat er tal van uitgangsmaterialen zijn (natuurlijk of synthetisch), maar ook doordat er voor ieder materiaal wel 20 verwerkingsmethoden zijn, vele manieren om garens van vezels te maken, evenzovele manieren om deze garens te verwerken tot stoffen en vervolgens ontelbare toepassingen van deze stoffen. ITA is dan ook betrokken bij tientallen onderzoeksprojecten samen met partners uit de industrie.

Dr. Marga Merke (AMIBM) ging in op de marktkansen voor biobased textielapplicaties. Volgens haar is de globale markt voor biopolymeren te verdrievoudigen naar 6 Mton per jaar. Om dat te bereiken, zou de ‘blue ocean strategie’ de aangewezen weg zijn; niet proberen anderen te beconcurreren op een bestaande markt, maar een nieuwe, eigen markt scheppen. Volgens Merke gaat het erom ‘de Starbucks van de biopolymeermarkt’ te worden. Starbucks was zeker niet de eerste koffiebar ooit, maar wel de eerste die een unieke beleving daaromheen bouwde.

Medische hulpstructuren

Biobased materialen, en dan vooral biodegradable materialen, kunnen voor de medische wereld aantrekkelijk zijn als zij non-toxisch en biologisch afbreekbaar zijn. Dit is het expertisegebied van prof. Stefan Jockenhövel van AMIBM, die deze laatste sessie inleidde. Dr. Lorenzo Moroni (MERLN Institute for Technology-Inspired Regenerative Medicine) besprak de technieken om hulpstructuren (‘scaffolds’) van biobased materialen te bouwen met een geëigende poriënstructuur en iedere gewenste vorm, bijvoorbeeld voor het regenereren van een oor of een neus. Uitdaging daarbij is dat de scaffolds wel de mechanische sterkte van het oorspronkelijke materiaal hebben (bijvoorbeeld kraakbeen), maar wel biologisch afbreekbaar zijn. Behalve 3D printen van scaffolds, is het ook mogelijk om met electrospinning een random of een plaatselijk verdichte structuur op het te herstellen lichaamsonderdeel aan te brengen, waarop stamcellen een weefsel kunnen vormen. Daarbij kan het gaan om bot, maar ook om bijvoorbeeld hartweefsel.

Dr. Anne Coenen (AMIBM) ging dieper in op het regenereren van hartkleppen. Die bestaan van nature uit elastine en collageen (kraakbeen). Dat maakt ze sterk, maar ook flexibel. Met scaffolds geregenereerde hartkleppen zijn echter vaak stijver dan de oorspronkelijke klep. Om dat te voorkomen, is een scaffold nodig die zelf ook een zekere elasticiteit bezit. Dat kan door elastine na te bootsen uit een combinatie van polymeren en eiwitten. Het resultaat van deze hybride oplossing is een afstembaar, biocompatibel, elastisch materiaal voor de engineering van hartklepweefsel.

Laatste ABC-Conferentie

De ABC-Conferentie 2018 in Chemelot was de laatste van deze soort. Drie jaar na de start wordt het evenement ten grave gedragen. Tenminste, in zelfstandige vorm. Vanaf volgend jaar wordt de ABC Conferentie gecombineerd met de Brightlands Rolduc Polymer Conference in Kerkrade, op 9 t/m 11 september 2019.

AMIBM wil de ontbrekende schakel bieden tussen fundamenteel en toegepast onderzoek en de markt op het gebied van biobased materialen. Hiervoor ontwikkelt AMIBM een geïntegreerd, interdisciplinair onderzoeksprogramma dat zich richt op nieuwe strategieën om geavanceerde biobased materialen te produceren op een duurzame en economische manier. Het benadrukt ook de ontwikkeling van deze nieuwe materialen tot innovatieve producten met een hoge toegevoegde waarde voor technische en medische toepassingen.