Organisch chemicus Bert Meijer stelt nieuwe materialen samen op basis van moleculen. Met zijn aanpak hadden we de ‘plasticsoep’ misschien kunnen voorkomen.
Voor de meeste mensen zijn moleculen niet meer dan ontastbare deeltjes waar alles om ons heen nu eenmaal uit bestaat. Voor Bert Meijer, hoogleraar organische chemie aan de Technische Universiteit Eindhoven, zijn moleculen veel meer. Hij ziet ze als bouwsels die je kunt manipuleren en vormen, die je zelfs vanaf de grond kunt opbouwen tot het model dat jij wilt. Je kunt zo materialen maken waar de natuur ons niet in heeft voorzien, waarmee je de wereld naar je hand kunt zetten. Dat maakt zijn vakgebied tot het mooiste dat er is, zegt Meijer. ‘Ik ben verliefd op moleculen. Dat gaat nooit meer over.’
Die liefde leidde tot een indrukwekkende carrière. Vijfentwintig jaar geleden was Meijer de ontdekker van ‘supramoleculaire polymeren’. En ook nu houdt hij zich bezig met het ontwerp en de productie van nieuwe materialen met ongebruikelijke eigenschappen.
De toepassingen zijn eindeloos. De professor had plastics kunnen maken die de natuur wél kan afbreken. Dat is achteraf een gemiste kans, zegt hij nu.
Wat zijn ‘supramoleculaire polymeren’?
‘Gewone polymeren zijn lange ketens van atomen die samen één enkel molecuul vormen. Dat molecuul kan heel groot zijn: een enkele polymeerreeks kan bestaan uit tienduizenden tot zelfs honderdduizenden atomen. Dat een polymeer één molecuul vormt, komt doordat de atomen elkaar vasthouden via covalente bindingen.
Dertig jaar geleden dachten scheikundigen dat dit de enige manier was om polymeren te maken, door dus vele kleine atomen aan elkaar te koppelen tot één molecuul. Ik had daar mijn twijfels over en begon met de ontwikkeling van een ander type polymeer. Mijn supramoleculaire polymeren bestaan uit meerdere moleculen.
Deze moleculen grijpen elkaar losjes beet. Daardoor is zo’n keten een stuk flexibeler dan een klassieke polymeerketen. Die kun je je voorstellen als gekookte spaghetti: als je daar een beetje van uit de pan wilt halen, til je altijd de hele troep in een keer op als een dikke klont.
Bij supramoleculaire polymeren is dat niet het geval en die beweeglijkheid is een enorm pluspunt. Het betekent onder andere dat we er materialen mee kunnen bouwen die zichzelf herstellen bij schade. Als je in zo’n materiaal een binding breekt, doordat je erin scheurt of knipt, dan kan het materiaal zichzelf herschikken en nieuwe bindingen aangaan. Daardoor kun je er bijvoorbeeld zelfherstellende plastics mee maken.
Inmiddels weten we bijvoorbeeld ook dat een vijfde van de eiwitten in het menselijk lichaam supramoleculaire polymeren zijn. Het is interessant dat wij kunstmatige polymeren in het laboratorium op dezelfde manier vormen als ons lichaam dat doet met die natuurlijke eiwitten.’
Hoe is uw onderzoek sinds deze ontdekking veranderd?
‘We kunnen nu echt aan de tekentafel molecuulstructuren schetsen waarvan we denken – of zelfs zeker weten – dat ze een bepaalde functie zullen hebben. Vervolgens kunnen we dat ontwerp ook daadwerkelijk bouwen. Dat doen we in mijn lab met supramoleculaire én met gewone polymeren.
Het is net bladmuziek. Bladmuziek is eigenlijk niets meer dan een afgesproken notatie van muzieknoten. Een collectie van noten op papier is geen muziek op zich. Toch ziet een musicus de muziek in die noten. Een musicus ziet ook wanneer een noot verkeerd staat. Ik kan dat zien in structuurformules. Ik herken wanneer een verbinding niet klopt of een atoom op de verkeerde plek staat. Ons lab weet ook goed hoe je moleculen slim moet stapelen om er systemen en materialen van te bouwen.’
Waar moeten we dan aan denken?
‘We maken biocompatibele materialen. Andere wetenschappers maken van dat materiaal bijvoorbeeld hartkleppen die in een mens worden geplaatst. Het is een biologisch afbreekbaar implantaat. Het heeft heel kleine gaatjes waarin zich cellen van de patiënt nestelen die nieuw weefsel vormen dat uiteindelijk de kunstmatige kunstklep vervangt.’
Heeft slim stapelen van moleculen nog meer toepassingen?
‘Plastics. De waterflesjes die vrijwel iedereen in de tas heeft, zijn gestapelde polymeren. Gezien het huidige plasticprobleem, durf ik wel te zeggen dat scheikundigen dat materiaal iets té goed hebben gemaakt. Ik heb daar een kans gemist. Ik had eerder moeten inzien dat het plasticprobleem gigantisch groot zou worden.’
Wat had u kunnen doen om het plasticprobleem te voorkomen?
‘Het materiaal van petflesjes is te sterk. Flesjesplastic bestaat uit de ‘gewone’, stugge polymeren. Die gaan niet zomaar stuk. Als je zo’n flesje weggooit, zul je het vijftig, zestig jaar later nog terugvinden. Het jammere feit is dat niemand die plastics ontwikkelde, voorzag dat mensen hun plasticafval gewoon zouden weggooien en dat het dus een probleem zou worden dat plastic heel robuust was.
Mijn supramoleculaire polymeren zijn beter afbreekbaar dan gewone polymeren. Ik had moeten inzien dat dat een wenselijke eigenschap was voor commercieel plastic.’
Kunt u dat afbreekbare plastic niet alsnog op de markt brengen?
‘Het is inmiddels te laat om me daar nog in te mengen. Het is wetenschappelijk gezien niet meer interessant. Alles wat je moet doen om plastic afbreekbaar te maken, is bekend. Het is nu dus aan de industrie om die stap te zetten.’
Bert Meijer is een van de sprekers bij het Gala van de Wetenschap. Kaarten voor het Gala zijn nu te koop via galavandewetenschap.nl.
