Self-driving scheikundelabs voor schone oceanen, groene reacties en moderne medicijnen

Nathalie Katsonis en Wesley Browne onderzoeken hoe een vervuilende olievlek op zee verandert en zich verspreidt onder invloed van zonlicht. Want een olievlek is scheikundig gezien niet statisch: de samenstelling verandert door de invloeden van zon en zee. Daarom houdt deze geautomatiseerde onderzoekslijn een rits reageerbuisjes met uiteenlopende monsters zeewater en olie onder een UV-lamp. Op vaste momenten verplaatst het apparaat ze naar een camera die vastlegt wat er in de reageerbuisjes te zien is. Beeldherkenning registreert de verandering van de olie in al deze verschillende monsters.

Katsonis en Browne willen deze informatie gebruiken om surfactanten te selecteren die olie in verschillende situaties kunnen opruimen. ‘Zulke surfactanten breken de grote massa olie op in kleine druppeltjes. Als je precies weet welke samenstelling de olie heeft, kun je ook een verstandige keuze maken voor de beste surfactanten, en de juiste hoeveelheid.’ 

In deze video demonstreert Manee Patanapongpibul het apparaat. Voice-over van Bente Reus.

RNA-vaccins maken gebruik van messenger-RNA (mRNA) om een immuunreactie in het lichaam op te roepen. De stabiliteit van zo’n mRNA-molecuul hangt af van de volgorde van de moleculaire bouwstenen maar ook van de beschermende omgeving van surfactanten eromheen. In deze geautomatiseerde onderzoekslijn gebruiken de onderzoekers licht om de structuur van zogenaamde chirale moleculen te kunnen onderzoeken. Chirale moleculen hebben een bepaalde oriëntatie, een beetje zoals een linker- en rechterhand. En de linkshandige of rechtshandige moleculen kunnen heel verschillende eigenschappen hebben, ook al bestaan ze uit dezelfde atomen. RNA is gemaakt van chirale moleculaire bouwstenen, en heeft altijd een chirale driedimensionale structuur. Door te analyseren hoe RNA interacteert met licht, kan dit apparaat inzicht geven in hoe het molecuul gevouwen en georganiseerd is, en hoe de structuur verandert in uiteenlopende situaties. 

Tibor Kudernac en zijn team gebruiken deze geautomatiseerde onderzoekslijn om de stabiliteit van RNA-moleculen te onderzoeken. Met de resultaten hiervan willen ze vastleggen hoe de stabiliteit van mRNA afhangt van de volgorde van de bouwstenen maar ook van de samenstelling van het vaccin: welke reeks bouwstenen blijft intact, hoe kunnen we ze beschermen, en in welke situaties gaan ze kapot? 

In deze video demonstreert en vertelt Bente Reus over het apparaat.

Veel (chemische) producten gebruiken koolwaterstoffen in hun productieproces, en maken daarbij gebruik van fossiele grondstoffen. Door deze koolwaterstoffen te vervangen door alternatieve stoffen, zouden we productieprocessen groener kunnen maken. Met deze robot testen Robert Pollice en Ben Feringa uiteenlopende catalytische reacties, waarin een stof (de katalysator) de reactie tussen andere stoffen versnelt.

In het bijzonder onderzoeken Pollice en Feringa hoe surfactanten zichzelf organiseren in kleine clusters, wat invloed heeft op hun bruikbaarheid als mogelijke katalysator. 

In een gerelateerd project zoeken Ben Feringa en Adri Minnaard naar biogebaseerde surfactanten voor hernieuwbare schoonmaakproducten. 

In deze video demonstreren en vertellen Lisa Fang en Emil Hodzic over het apparaat.

Neem nou shampoos, wasmiddelen, voedselproducten in de vorm van emulsies of farmaceutische producten: de zuurtegraad (of pH) van deze complexe mengsels is moeilijk te voorspellen, terwijl het wel bepalend is voor of de moleculen verspreid blijven, of druppels stabiel blijven en of schuim intact blijft. Het bepaalt of actieve ingrediënten beschermd blijven of kapotgaan. Voor surfactanten, en in het bijzonder amfifielen, is zuurtegraad niet simpelweg een getal: het verandert mee met de concentratie, zoutgehalte en de manier waarop moleculen samenkomen. 

Met dit self-driving lab onderzoekt postdoc Nicolas Cissé wat verdunnen of aanlengen van amfifielen doet met hun zuurtegraad in verschillende situaties. Het resultaat van deze metingen zal helpen te begrijpen wanneer een mengsel van surfactanten stabiel blijft, wanneer het kwetsbaar wordt, en hoe het aangepast kan worden indien nodig. 

In deze video demonstreert en vertelt Nicolas Cissé over het apparaat.