Onderzoekers hebben een duurzame reactor ontwikkeld waarmee je overal medicijnen kunt maken. Benodigdheden? Zonlicht en de mini-fabriek.

Of het nou een paracetamol is op Mars of malariamedicijnen in de jungle; dit ‘kunstmatige blad’ weet wat ‘m te doen staat. Het enige wat deze medicijnfabriek nodig heeft is een goede portie zonneschijn. De reactor is een eerste belangrijke stap om overal ter wereld – of zelfs daar buiten – goedkoop en op duurzame wijze medicijnen te produceren.

Medicijnen
De ‘mini-reactor’ die de onderzoekers van TU Eindhoven bouwden, werkt eigenlijk net zoals bladeren in de natuur. Zo vangt het apparaat zonlicht op en drijft hiermee een chemische reactie aan. Met de reactor kunnen er verschillende soorten chemische reacties worden opgewekt. En zo kunnen er – op een hele duurzame manier – medicijnen mee gemaakt worden. “We hebben twee verschillende medicijnen bereid,” vertelt onderzoeksleider van de studie Timothy Noël aan Scientias.nl. “Allereerst ascaridol; een medicijn tegen parasitaire wormen. Ook maakten we artemisinin; een antimalariamiddel. Wat we doen is eigenlijk de grondstoffen introduceren in de reactor en onder invloed van licht worden deze grondstoffen omgezet in de corresponderende medicijnen.” Het apparaatje kan worden ingezet als lokale medicijnfabriek op moeilijk bereikbare plekken. Denk bijvoorbeeld aan het maken van malariamedicijnen in de jungle of paracetamol op Mars. “Met deze reactor kun je overal waar je wilt medicijnen maken,” aldus Noel. “Je hebt alleen zonlicht en de mini-fabriek nodig.”


Lezing
De onderzoekers kwamen op het idee voor deze reactor naar aanleiding van de Italiaanse fotochemicus Giacomo Luigi Ciamician, die al in 1912 een nogal opmerkelijke lezing gaf. “Hij praatte over de energietransitie van fossiele brandstoffen naar hernieuwbare energie,” vertelt Noël. “In deze specifieke lezing daagde hij ook de wetenschappelijke gemeenschap uit om na te denken over een chemische industrie die op zonne-energie draait. Je moet je voorstellen: het is 1912; er was nog geen schaarste aan fossiele brandstoffen. En toch voorzag Ciamician dat dit een groot probleem voor de mensheid zou worden. Met ons huidige begrip van energieproblemen en de opwarming van de aarde is het duidelijk dat we iets moeten doen, niet morgen maar vandaag.”

“Met ons huidige begrip van energieproblemen en de opwarming van de aarde is het duidelijk dat we iets moeten doen, niet morgen maar vandaag”

Licht
Toen Noël vervolgens in 2012 – precies honderd jaar na de betreffende lezing – op de TU in Eindhoven begon, wist hij dat hij scheikunde wilde doen met licht. “We gebruikten in het begin eenvoudige LED’s, maar al snel vroegen we onszelf af waarom we ons niet op zonlicht richtten,” herinnert Noël zich. Maar zonlicht heeft een aantal nadelen. “Eén van de problemen met zonlicht is dat het niet intens genoeg is en bovendien te diffuus,” zegt Noël. “Daarom moesten we een manier vinden om het licht te concentreren. We besloten inspiratie op te doen van natuurlijke systemen aanwezig in bladeren, algen en sommige bacteriën. Deze systemen absorberen licht en richten de energie op de reactiecentra waar de daadwerkelijke fotosynthese plaatsvindt.”

Moleculen
Al in 2016 presenteerde het team hun eerste kunstmatige blad. Net als hoe in een echt blad speciale moleculen energie uit zonlicht verzamelen, gebruikten de onderzoekers lichtgevoelige moleculen in een plak siliconenrubber om licht in het materiaal op te sluiten en in een specifieke lichtkleur om te zetten. Vervolgens pompten ze vloeistoffen door zeer dunne kanaaltjes aangebracht in dit rubber en kwamen zo in aanraking met het licht. De combinatie van het opsluiten van licht en de microkanalen maakte dat de lichtintensiteit hoog genoeg was om de reacties te laten plaatsvinden. In de reactor die het team nu presenteert, is dit siliconenrubber vervangen door plexiglas. “Dit materiaal is goedkoper en makkelijk in grotere hoeveelheden te maken,” legt Noël uit. “Ook heeft het een hogere brekingsindex, waardoor het licht beter opgesloten blijft. Maar het belangrijkste is dat we in plexiglas meer soorten lichtgevoelige moleculen kunnen toevoegen. Daardoor zijn nu feitelijk alle chemische reacties over de hele breedte van het zichtbare lichtspectrum mogelijk.”

De kunstmatige bladeren die het team ontwikkelde. Deze reactoren werken als kleine medicijnfabriekjes die overal, waar je maar wilt, medicijnen kunnen produceren. Afbeelding: Timothy Noël, TU Eindhoven

Andere toepassingen
De mini-reactor maakt het dus mogelijk om medicijnen te maken. Maar the sky is the limit. “We hebben ons gefocust op organische moleculen die bijvoorbeeld gebruikt kunnen worden voor medicijnen, agro chemicaliën, aroma’s, etc.,” verklaart Noël. “Maar we kunnen heel veel maken; polymeren, brandstoffen die zijn gemaakt van duurzame energie, noem maar op.” Er zijn eigenlijk nauwelijks obstakels om de technologie ook daadwerkelijk in de praktijk te brengen, behalve dan dat de reactor alleen werkt bij daglicht. “De reactoren zijn makkelijk opschaalbaar, goedkoop en autonoom werkend, waardoor ze zeer geschikt zijn voor een kosteneffectieve productie van chemicaliën met zonne-energie,” vertelt Noël.

Duurzaam
De reactor heeft de potentie om een ernstig probleem van de farmaceutische industrie op te lossen. De chemische reacties waarmee medicijnen worden geproduceerd vereisen momenteel giftige chemicaliën en veel energie in de vorm van fossiele brandstoffen. Wat dat betreft kan het kunstmatige blad uitkomst bieden. Zo kan het gebruikt worden om dezelfde reacties duurzaam, goedkoop en in theorie talloze malen sneller te laten gebeuren. “Er zal echter wel een wil moeten zijn om onze reactor effectief te implementeren,” laat Noël weten. “Of er moet een politieke druk komen om groener te gaan. Net zoals met de emissienormen kun je ook zeggen dat een deel van de productie op een duurzame manier moet gebeuren. Een andere optie is dat bepaalde producten het label ‘duurzaam’ krijgen. Mensen betalen op dit moment ook graag iets extra om bijvoorbeeld biologisch verantwoord vlees te eten. Waarom niet hetzelfde met medicijnen?”

Nu, meer dan honderd jaar na de lezing van Giacomo Ciamician, zou de ontwikkelde technologie van Noël en zijn team de droom van de Italiaan zomaar kunnen verwezenlijken: een chemische industrie gebaseerd op zonne-energie. “Toen de eerste resultaten binnenkwamen en we aantoonden dat het concept werkte, gaf dat een super goed gevoel, een echt kippenvelmoment,” zegt Noël. “Niettemin omdat wij de eersten zijn in de wereld die dit hebben klaargespeeld. Dan weet je onmiddellijk waar je het voor doet.”