NWO-subsidie voor programmeren met polyamide-moleculen

Kevin Neumann (Radboud Universiteit) en Dominik Schauenburg (Universiteit Maastricht) willen een technologie ontwikkelen waarmee polyamiden geautomatiseerd en programmeerbaar kunnen worden opgebouwd. Daarmee hopen ze materialen te maken waarvan de eigenschappen veel nauwkeuriger zijn af te stemmen dan met bestaande productiemethoden.

Polyamiden vormen een grote familie van materialen. Eiwitten zijn natuurlijke voorbeelden, terwijl nylon en het zeer sterke Kevlar bekende synthetische varianten zijn. Ze bestaan uit lange moleculaire ketens waarvan de samenstelling en volgorde van de bouwstenen bepalend zijn voor de uiteindelijke eigenschappen.

De natuur is bijzonder goed in het nauwkeurig samenstellen van zulke moleculen. Bij eiwitten wordt bijvoorbeeld exact vastgelegd in welke volgorde aminozuren aan elkaar worden gekoppeld. Bij de industriële productie van synthetische polymeren is een vergelijkbare controle over de moleculaire structuur veel moeilijker te bereiken.

Met het project From Code to Chain (C2C) willen de onderzoekers die kloof verkleinen. Ze werken aan een methode voor de geautomatiseerde en programmeerbare synthese van polyamiden. Het idee is om de productie veel nauwkeuriger te controleren. In plaats van alleen te bepalen welke grondstoffen in een reactie terechtkomen, moet uiteindelijk ook op moleculair niveau meer controle ontstaan over de opbouw van de polymeerketen.

Daarmee komt de werkwijze enigszins in de buurt van programmeren: een vooraf bepaalde moleculaire ‘code’ bepaalt hoe de uiteindelijke keten wordt samengesteld. De onderzoekers willen de benodigde chemie daarvoor vertalen naar een geautomatiseerd fabricageplatform.

Materialen op maat

Meer controle over de moleculaire structuur is interessant omdat kleine veranderingen in een polymeer grote gevolgen kunnen hebben voor de eigenschappen van het uiteindelijke materiaal. Denk bijvoorbeeld aan mechanische sterkte, flexibiliteit, chemische bestendigheid of andere materiaaleigenschappen. Als de samenstelling en volgorde van de moleculaire bouwstenen nauwkeuriger kunnen worden bepaald, wordt het in principe mogelijk polymeren gerichter voor een bepaalde functie te ontwerpen. In plaats van achteraf te zoeken naar een materiaal dat de gewenste eigenschappen heeft, kan de gewenste moleculaire structuur steeds meer het uitgangspunt van het ontwerp worden.

Het onderzoek moet aantonen in hoeverre die precisie met synthetische productiemethoden kan worden benaderd. Voor het project is 917.000 euro beschikbaar gesteld via het Open Technologie Programma van NWO.

Programmeerbaar productieproces

Naast de chemische methode vormt automatisering daarom een belangrijk onderdeel van het project. Het uiteindelijke doel is niet alleen een nieuwe syntheseroute te ontwikkelen, maar deze ook om te zetten in een programmeerbaar productieproces. Daarmee past het onderzoek in een bredere ontwikkeling waarbij chemische synthese steeds verder wordt geautomatiseerd. Voor materiaalontwikkeling kan dat interessant zijn omdat nieuwe moleculaire ontwerpen sneller en systematischer geproduceerd en getest kunnen worden.