Duurzamer aminozuren omzetten: met licht in plaats van met hitte

Cecilia Bottecchia is er tijdens haar promotietraject als een van de eerste ooit in geslaagd om aminozuren, die onder meer voor medicijnen gebruikt kunnen worden, om te zetten met behulp van zichtbaar licht. Dat is duurzamer dan de gangbare methodes, waarbij de bewerking op gang wordt gebracht door verhitting. Ze gebruikte zogenaamde fotokatalysatoren om het licht op te vangen en de energie aan te kunnen wenden voor de gewenste chemische reacties. Bottecchia promoveerde op 20 februari cum laude.

Het idee om licht te gebruiken om chemische reacties te laten verlopen, is niet nieuw. Maar voor biomoleculen, zoals aminozuren, was het nog niet erg geschikt doordat de meeste biomoleculen alleen uv-licht absorberen. Theoretisch zou weliswaar met uv-licht gewerkt kunnen worden, maar uv-lampen hebben gezondheidsrisico’s voor mensen en zijn zo energetisch dat ze de moleculen afbreken. Dus was een methode die werkt met zichtbaar licht, zeer wenselijk.

Bottecchia wist dit te realiseren, niet alleen door de juiste fotokatalytische stoffen te ontwerpen, maar ook de bijbehorende reactoren. Een belangrijke randvoorwaarde daarbij was dat het licht zo goed mogelijk bij de aminozuren kan komen. Ze maakte daarom gebruik van microreactoren, met zeer dunne, doorzichtige reactiekanaaltjes, wat voor een optimale lichttoelating zorgt in het hele mengsel.

De methode die ze daarmee tot stand bracht, is extreem snel. Bij de conventionele methode gaan de aminozuren sterk verdund in een reactievat dat wordt verhit, en reageren relatief traag. Bij Bottecchia’s methode, met de microreactor, stromen de aminozuren in geconcentreerde vorm door de reactor en reageren snel. Verhitting is daarvoor niet nodig, wat veel energie bespaart. Wel is licht nodig, en dat kan elke soort zichtbaar licht zijn, liet de onderzoekster zien. Zonlicht, maar ook led-licht is geschikt. Ook heeft de nieuwe methode een hogere opbrengst dan de oude: een hoger percentage van de aminozuren wordt omgezet naar het gewenste product.

Nog een pluspunt: biomoleculen kunnen vaak niet tegen hogere temperaturen. Dus een methode die werkt op kamertemperatuur is beter dan een methode die werkt met verhitting. De Italiaanse onderzoekster wist dan ook met licht bepaalde chemische reacties tot stand te brengen die tot nu toe niet mogelijk waren, doordat de betrokken biomoleculen door verhitting voortijdig degradeerden.

Ook bijzonder is dat Bottecchia tijdens haar promotie-onderzoek meewerkte aan het ontwikkelen van een geautomatiseerd systeem voor een bepaald type vaak voorkomende laboratoriumtest, de zogeheten Stern-Volmeranalyse. De machine die daaruit voort is gekomen, bespaart onderzoekers nu veel tijd en moeite.

De titel van het proefschrift is Photocatalytic modification of bioactive molecules in continuous-flow microreactors. De promotor van Bottecchia is dr. Timothy Noël uit de groep Micro Flow Chemistry and Synthetic Methodology.