Nobelprijswinnaar Ben Feringa gooit internationaal al jaren hoge ogen met zijn moleculaire motor. En ook de Nederlandse moleculaire wetenschap als geheel kan rekenen op de steun van de bevlogen chemicus. ‘We hebben een goede basis, nog wel’, waarschuwde hij eind 2012 in een interview met C2W.
Wij schrijven 2012. Acht jaar nadat hij de Spinozapremie won is de Groningse hoogleraar synthetische organische chemie Ben Feringa (dan 61) nog steeds een van de meest gezaghebbende en creatieve chemici, en niet alleen in Nederland. In 2011 ontving hij de Van ‘t Hoff-medaille. Een coverartikel in Nature en een exdusief interview met CNN in datzelfde jaar onderstrepen zijn groeiende wereldwijde roem. Of het niet eens tijd wordt voor een wetenschappelijke carrière in het buitenland? ‘Ik vind het voorlopig belangrijker dat de wetenschappelijke basis in Nederland niet wordt uitgehold. En natuurlijk dat we de bewegingen van de moleculaire motor weten te temmen, want dan komen toepassingen pas echt in zicht.’
Naast een bevlogen moleculair wetenschapper is Feringa een actief bestuurder. Sinds vorig jaar is hij vicepresident van het dagelijks bestuur van de KNAW. En C2W spreekt hem aan het eind van een lange middag vergaderen met het gebiedsbestuur Chemische Wetenschappen van NWO, waarvan hij voorzitter is.
Waar gaan zulke vergaderingen over?
‘Vanmiddag ging het over de toekomst van de chemische wetenschappen in Nederland. De rol van chemie wordt alleen maar belangrijker. Er waren nooit zo veel uitdagingen als nu: grondstoffen, materialen, energie, geneesmiddelen, enzovoort. En chemie, of beter gezegd moleculair inzicht, is daarbij essentieel. Neem bijvoorbeeld de processen in de levende cel. Hoe verlopen de moleculaire interacties precies en hoe herkennen we die? Als je die begrijpt, kun je ook ingrijpen. En dan kom je ook bij de kern van de synthetische chemie: nieuwe moleculen bouwen en echt iets nieuws creëren. Dat is vervolgens weer heel belangrijk voor de ontwikkeling van nieuwe geneesmiddelen en in de toekomst molecular en personalized medicine.’
Hoe ziet de moleculaire wereld er eigenlijk uit?
‘Op moleculaire schaal beweegt alles. De Brownse beweging, veranderingen in conformatie, thermische diffusie… Tenzij een molecuul vastzit in een filament of een oppervlak natuurlijk. Maar in een oplossing willen moleculen gewoon bewegen. De literatuur omschrijft die wereld wel eens als lopen in een orkaan en zwemmen in stroop, dus heel stormachtig en tegelijkertijd enorm viskeus. Het is echt heel dynamisch in die nanowereld en het is heel intrigerend als je bedenkt dat dit alles zich ook afspeelt in ons eigen lichaam.’
Moleculaire spiegelbeelden, oftewel stereo-isomeren, spelen een belangrijke rol in jouw onderzoek. Waarom is dat?
‘In ons onderzoek aan de moleculaire motor is het belangrijkste probleem om op moleculaire schaal een gecontroleerde beweging te krijgen. De vraag is: hoe krijg je controle over de draairichting? Hoe tem ik de beweging van een moleculaire rotatiemotor, zeg maar een synthetisch molecuul dat draait rond een centrale dubbele binding, die als as fungeert. Het molecuul moet 360° kunnen draaien en continu bewegen, en heeft uiteraard brandstof nodig. Een paar jaar geleden is het ons al gelukt zo’n moleculaire motor te laten draaien met hulp van licht. En met chiraliteit kunnen we nu ook de richting van die draaibeweging controleren. Dat is denk ik onze belangrijkste vondst geweest. Dus bij de ene spiegelbeeldvorm van ons synthetische molecuul draait de motor met de klok mee, en bij de andere tegen de klok in. Met die kennis maakten we een molecuul dat vier van die motortjes als wielen had. En door net als bij een auto de wielen te spiegelen en er twee met de klok mee en twee tegen de klok in te laten draaien, konden we dit voertuigje, eigenlijk dus een four wheel drive, in een bepaalde richting laten bewegen en dus sturen. Dan heb je het over een autootje van ongeveer twee nano-meter, met motortjes kleiner dan een nanometer. Met een elektrische puls, bij zeer lage temperatuur en hoog vacuum, konden we het ongeveer zes nanometer over een metaaloppervlak laten rijden.’
Hoe kom je op het idee om zoiets te onderzoeken?
‘Dat is eigenlijk begin jaren 90 al begonnen. Samen met Philips waren we op zoek naar slimme manieren om grote hoeveelheden data op te slaan. Het idee was om daar moleculen voor te gebruiken, net zoals het lichaam DNA gebruikt voor informatieopslag. Geïnspireerd door de processen in het menselijk oog wilden we met licht informatie opslaan op moleculen. Die opslagcapaciteit is waanzinnig groot. En voor dataopslag heb je 0/1-schakelaars nodig. Daarvoor gebruikten wij de spiegelbeeldisomeren van een molecuul. Met polymere materialen gebaseerd op die schakelaars konden we met laserlicht nullen en enen schrijven. Maar zie die individuele moleculen maar eens aan te sturen als ze dicht op elkaar zitten. Dat probleem heeft bij mijn weten nog steeds niemand ter wereld opgelost. Bij single molecule-spectroscopie met zichtbaar of uv-licht werk je bijvoorbeeld met golflengtes van 400 tot 300 nm, en dan heb je al gauw tienduizend moleculen te pakken in plaats van één, tenzij je heel verdund gaat werken. Dus die moleculaire dataopslag heeft 20 jaar later nog steeds niet tot een toepassing geleid.’
Eind 2011 haalden jij en je team de cover van Nature. Wanneer zag je de moleculaire four wheel drive voor het eerst rijden?
‘Die heb ik eind 2010 voor het eerst gezien, dus ruim tien jaar na de eerste publicatie over de moleculaire motor. Na jaren zwoegen was dat wel een mooi resultaat. Voordat het zover was heeft een van mijn postdocs zes maanden metingen verricht in het laboratorium voor materiaalkunde in Zürich. En het vergt een lange organische synthese om het molecuul te maken: daar zijn twee onderzoekers twee jaar mee bezig geweest. In mijn vakgroep werken zowel masterstudenten, promovendi als postdocs aan het onder;zoek. We hebben een speciaal motorteam van ongeveer tien onderzoekers, voornamelijk promovendi, en daarnaast een biomoleculair team, een katalyseteam en een molecular switchteam.
‘Als wetenschapper moet je ruimte houden voor fundamentele vragen’
Inmiddels hebben we ook een ander moleculair voortstuwingsmechanisme ontwikkeld dat werkt met een katalysator en suiker als brandstof. Heel veel processen in ons lichaam, zoals het samentrekken van spieren, transport door het celmembraan maar ook het zwemmen van bacteriën, worden trouwens aangestuurd door moleculaire motortjes. Dus wie weet is er een toepassing mogelijk als nanomedicine, waarbij je een capsule gericht door onze bloedbaan laat bewegen.’
Er gaan steeds meer stemmen op dat in Nederland te veel promovendi worden opleid. Wat vind jij daarvan?
‘Dat is een misvatting, een verouderd beeld van de wetenschap. Promovendi werken vier jaar lang aan een complex probleem. Zeg maar de vraagstukken van de toekomst voor bijvoorbeeld de industrie. Ze doen onderzoek in een internationale omgeving die zeer competitief is, waarbij ze moeten zorgen dat hun werk in peer reviewed tijdschriften wordt gepubliceerd. Eigenlijk zijn ze dus getraind om te opereren aan het front van de internationale wetenschap, te werken onder druk en vaak in teamverband. We leiden dus naast toptalent voor de wetenschap vooral ook de volgende generatie innovators voor de industrie op.’
Hoe staat de Nederlandse moleculaire wetenschap ervoor?
‘Volgens een rapport van de Canadian Research Council staat Nederland bovenaan als je kijkt naar de impact van onze chemisch wetenschappelijke publicaties. Dat vind ik dus waanzinnig goed, zeker als je dat vergelijkt met Duitsland, waar relatief veel meer wordt geïnvesteerd in wetenschap. Ik ben weleens jaloers als ik zie hoeveel geld daar beschikbaar is. Daar zetten ze echt strategisch in op bètawetenschappelijk en technologisch onderzoek om de kenniseconomie te stimuleren. Het jaarbudget groeit al een paar jaar met 5 procent. En onlangs heeft de regering Merkel weer 2,3 miljard extra uitgetrokken voor topuniversiteiten en andere excellence-initiatieven. Wij moeten oppassen.’
Waarvoor precies?
‘Jarenlang hebben we geïnvesteerd in een goede basis. Maar ik vrees dat die nu wordt uitgehold. De corporate researchcentra van Shell, AkzoNobel, Unilever en DSM zijn ingrijpend veranderd ten opzichte van de jaren 80. De FES-gelden vallen weg en er moet een deel van het NWO-budget naar toegepast onderzoek. Ook grote bedrijven als DSM maken zich zorgen omdat ze beseffen hoe belangrijk een goede fundamentele basis is voor toekomstige innovaties.
‘Veel processen in ons lichaam worden aangestuurd door moleculaire motortjes’
Het is daarbij heel belangrijk dat je als wetenschapper ruimte houdt voor fundamentele vragen. Hoe communiceren moleculen? Hoe werkt een enzym? Hoe repareert een levend systeem zichzelf? Het zijn vragen die uiteindelijk ook relevant zijn voor de industrie. Met fundamenteel onderzoek probeer je juist de grenzen op te zoeken van de wetenschap en iets te ontdekken wat nog niet kan. Dat geeft pas echt nieuwe mogelijkheden. Neem bijvoorbeeld de transistor, een resultaat van diep fundamenteel onderzoek. Zonder die vinding waren de elektronica-industrie zoals we die nu kennen — met computers en mobiele telefoons — en onze internetmaatschappij er niet geweest. Als je als Nederland serieus vooraan wilt lopen, dan moet er € 1 miljard voor onderzoek en innovatie bij. Daar zouden we bijvoorbeeld de aardgasbaten voor kunnen gebruiken.’
Stel dat je op sabbatical zou kunnen, waar zou je dat dan willen doen?
‘Dat ben ik al jaren van plan, maar ik kom nooit zo ver. Bovendien werk ik met veel plezier in Groningen in een heel fijne sfeer met veel, ook jonge, collega’s die vanuit verschillende invalshoeken naar de chemie kijken. Dat is wat mij betreft een goede omgeving voor hoogstaand onderzoek. Ik ga in ieder geval eerst een paar perioden naar de TU München, een Duitse topuniversiteit. Daar ben ik als Hans Fischer Honorary Fellow lid van het Institute for Advanced Studies, een internationaal gezelschap van wetenschappers dat kennis uitwisselt. Maar als ik hardop zou dromen over een langer sabbatical, dan kies ik toch voor Cambridge of Harvard. Daar heb ik goede contacten en zie ik veel raakvlakken met mijn onderzoek En die faculteiten hebben, net als de ETH Zurich, Caltech en Stanford, een zekere omvang met verschillende moleculair-wetenschappelijke disciplines. Het belang daarvan moet je zeker niet onderschatten. Om wetenschappelijke resultaten te boeken, heb je ook collegawetenschappers nodig, die open zijn en elkaar stimuleren.’
CURRICULUM VITAE
Ben L. Feringa
2016 Nobelprijs voor Scheikunde
2010-heden voorzitter NWO gebiedsbestuur Chemische Wetenschappen
2003-heden Jacobus H. van ‘t Hoff-leerstoel Moleculaire Wetenschappen
1988-heden hoogleraar synthetische organi;sche chemie, Rijksuniversiteit Groningen
1984-1988 universitair docent organische chemie, Rijksuniversiteit Groningen
1978-1984 chemisch onderzoeker en projectleider bij Shell: organische synthese, oxidatieprocessen, fotochemie, herbiciden en homogene katalyse
Nog geen opmerkingen