Medicijnen duurzaam en goedkoop produceren, waar je maar wilt. Middenin een jungle of zelfs op Mars. Met dat toekomstbeeld presenteren chemici van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) een ‘mini-fabriek’ waarmee je zonlicht kunt opvangen en hiermee chemische producten kunt maken. Ze keken het kunstje af van de natuur, waar bladeren in staat zijn voldoende zonlicht te verzamelen voor de productie van voedsel. De reactor – bewust gevormd naar een blad – beschrijven ze vandaag in het tijdschrift Angewandte Chemie.

“Met een reactor als deze kun je in principe op elke willekeurige plek medicijnen maken, of het nu malariamedicijnen in de jungle zijn of paracetamol op Mars. Je hebt feitelijk alleen zonlicht nodig en deze mini-fabriek.”

Zelfs met het blote oog is zichtbaar hoeveel licht de ‘mini-fabriekjes’ opvangen, ze lichten felrood op. De ‘nerven’ van de bladeren zijn dunne kanaaltjes waardoorheen vloeistoffen kunnen worden gepompt. 

Zelfs met het blote oog is zichtbaar hoeveel licht de ‘mini-fabriekjes’ opvangen, ze lichten felrood op. De ‘nerven’ van de bladeren zijn dunne kanaaltjes waardoorheen vloeistoffen kunnen worden gepompt.

Het benutten van zonlicht voor het maken van chemische producten is al tijden een droom onder chemici. Probleem is dat het beschikbare zonlicht te weinig energie levert om reacties op gang te helpen. Maar de natuur slaagt hier wel in. In bladeren vangen antennemoleculen energie uit het zonlicht op en verzamelen dit in reactiecentra van het blad. Daar is dan voldoende zonne-energie voor de chemische reacties die de plant zijn voedsel geeft (fotosynthese).

Licht opvangen
De onderzoekers stuitten op de relatief nieuwe materialen die op een vergelijkbare manier zonlicht kunnen opvangen, zogeheten luminescent solar concentrators (LSC). Speciale lichtgevoelige moleculen in deze materialen vangen een groot deel van het inkomende licht in. Dit licht zetten ze vervolgens om naar een bepaalde kleur die via lichtgeleiding in het materiaal naar de randen wordt begeleid. Deze LSC’s worden in de praktijk vaak gebruikt in combinatie met zonnecellen om hiervan het rendement te verhogen.

Dunne kanaaltjes
De onderzoekers, onder leiding van dr. Timothy Noël, combineerden het idee van een LSC met hun kennis van microkanalen. Ze brachten zeer dunne kanaaltjes aan in een LSC van siliconenrubber waardoorheen vloeistoffen gepompt kunnen worden. Zodoende konden ze inkomend zonlicht met voldoende hoge intensiteit in contact te brengen met moleculen uit de vloeistof, waardoor chemische reacties tot stand kwamen.

Bekijk ook deze animatie die de werking van het kunstmatig blad helder uitlegt. 

Overtroffen
Hun gekozen reactie dient als een eerste voorbeeld, maar de resultaten hiervan overtroffen al hun verwachtingen, en niet alleen in het lab. “Zelfs in een experiment op een halfbewolkte dag was de chemische productie 40 procent hoger dan in een vergelijkbare opzet zonder LSC-materiaal”, zegt onderzoeksleider Noël. “We zien nog veel mogelijkheden tot verbetering. We hebben hier een krachtige tool in handen voor het duurzaam en op zonlicht gebaseerd produceren van waardevolle chemische producten, zoals medicijnen of landbouwbeschermingsmiddelen.”

Paracetamol op Mars
Zeker voor de productie van medicijnen is de potentie groot. De chemische reacties waarmee medicijnen worden geproduceerd vereisen momenteel giftige chemicaliën en veel energie in de vorm van fossiele brandstoffen. Bij gebruik van zichtbaar licht worden dezelfde reacties duurzaam, goedkoop en in theorie talloze malen sneller. Maar volgens Noël hoeft het daar niet bij te blijven. “Met een reactor als deze kun je in principe op elke willekeurige plek medicijnen maken, of het nu malariamedicijnen in de jungle zijn of paracetamol op Mars. Je hebt feitelijk alleen zonlicht nodig en deze mini-fabriek.”

Foto’s TU Eindhoven / Bart van Overbeeke