Bioinspired synthetic molecular machines: from actuation to recognition
Moleculaire machines geïnspireerd op het leven
In zijn proefschrift beschrijft Adrien Combe de ontwikkeling van kleine, door licht aangestuurde machines, geïnspireerd door levende systemen. Een lichtflits verandert de vorm van een molecuul; die vorm stuurt hoe moleculen zich assembleren, wat weer leidt tot een waarneembare actie: beweging (actuatie) of hechting aan eiwitten (herkenning). Alles is opgezet voor waterige media, bij omstandigheden dicht bij de fysiologische, en waar mogelijk met bouwstenen van biologische oorsprong.
Combe geeft allereerst een overzicht van hoe de natuur licht benut en hoe wij dat nabootsen, aan de hand van drie eenvoudige uitgangspunten: waterige omgeving, biocompatibel (niet-schadelijk) licht en geringe milieu-impact. Daarna volgt een flexibele kunstmatige spier: zachte materialen die onder licht buigen en in het donker spontaan terugveren.
Vervolgens beschrijft Combe met suikers versierde motoren die bij belichting de aanhechting van humane lectinen moduleren, zonder de suiker zelf te veranderen: een echte AAN/UIT-regeling van biologische herkenning. Andere ‘zoete’ motoren organiseren zich, afhankelijk van hun vorm, tot micellen, filamenten, deeltjes of vellen. De blootstelling van de suikers varieert, waardoor op aanvraag actieve oppervlakken ontstaan. Combe identificeert welke vormen specifiek binden aan het model-eiwit ConA: micellen en filamenten hechten en worden door vrije suikers weer uitgeschakeld; deeltjes en vellen klonteren eerder willekeurig samen.
Ten slotte kan een biobased molecuul onder UV- of blauw licht van vorm veranderen of zich in een alternatieve vorm vastzetten. Berekeningen verklaren deze processen en wijzen de weg naar groenere ontwerpen.
Licht bepaalt de vorm, de vorm bepaalt de assemblage, en de assemblage bepaalt de functie. De volgende stap: nabij-infrarood licht, celtoepassingen, meer natuurlijke grondstoffen, miniatuurzachte robots, adaptieve medische coatings en lichtgestuurde functies.
Adrien Combe voerde zijn onderzoek uit bij het Stratingh Institute for Chemistry, afdeling Synthetische Organische Chemie, met financiering van de EU - Horizon2020.