15 december 2017, Chemische Feitelijkheden

Organen-op-een-chip
Een celkweek in een petrischaaltje of een proefdier is niet altijd geschikt om medicijnen op te testen. Daarom zijn sinds enkele jaren organs-on-a-chip beschikbaar. Op deze plaatjes van kunststof of silicium kunnen cellen groeien in een vrij natuurlijke omgeving, inclusief een stroom van kweekmedium voor onder andere de aan- en afvoer van essentiële stoffen. De weefsels die op deze organs-on-a-chip worden gekweekt, vaak afkomstig van stamcellen, vertonen dezelfde eigenschappen als het orgaan waar ze model voor staan. Zo is er een long op een chip die kan ‘ademhalen’ voor onderzoek naar astma en chronisch obstructieve longziekte. Met sensoren en microscopen kunnen onderzoekers kijken hoe het weefsel bijvoorbeeld reageert op een potentieel geneesmiddel. Nieuwe geneesmiddelen zijn nog niet met de techniek ontwikkeld omdat het onderzoek nog in de kinderschoenen staat. Maar de ontwikkeling van steeds kleinere chips en sensoren en doorbraken in de stamceltechnologie en DNA-technieken hebben ervoor gezorgd dat organs-on-a-chip nu klaar zijn om het ontstaan en de behandeling van ziekten mee te onderzoeken.


Veroudering - Onontkoombaar verval
Ouder worden gaat vanzelf, maar veroudering is een gecompliceerd proces. Alles wat bijdraagt aan het verval van een systeem; een mens, dier of ding, is veroudering. Slijtage, ziekte en sterven zijn onderdelen ervan. Mensen en de meeste andere organismen verouderen deels doordat onze genen niet perfect staan afgesteld. Maar we verouderen ook door pech: we staan bloot aan bijvoorbeeld zonnestraling of toxische stoffen waardoor we eerder ouder worden. En gezond leven draagt weer bij aan het vertragen van het proces.


Silicium - veelzijdig tegen wil en dank
Al twee miljoen jaar geleden maakten mensachtigen gereedschap van vuursteen, dat bestaat uit een verbinding van het element silicium. Glas, dat is gemaakt van hetzelfde materiaal, namelijk siliciumdioxide, is al sinds de Egyptenaren bekend en bemind. Glas bestaat er in zoveel vormen dat het niet weg te denken is uit onze samenleving, van tafelwaren tot ruiten en laboratoriumglas tot isolatiemateriaal. Het materiaal heeft de meest uiteenlopende eigenschappen, allemaal voortkomend uit kleine toevoegingen van andere elementen aan siliciumdioxide.


IJzer - Oersterk in verbinding
Eenderde van de aarde bestaat uit het element ijzer. En ook in de ruimte komt het zoveel voor, dat er meteorieten op aarde zijn geland die bijna helemaal uit ijzer bestaan. De eerste ijzeren voorwerpen maakten mensen duizenden jaren geleden dan ook van meteorietijzer. In het recente verleden heeft ijzer de industrialisatie van Nederland op gang geholpen in de 18e eeuw. In de bodem van de Achterhoek was zoveel ijzererts te vinden dat er grote ijzerfabrieken werden gebouwd. Daarin wordt ijzererts met kool verhit tot het gesmolten zuivere ijzer zich afscheidt en kan worden verwerkt. Hoogovens werken nog steeds op die manier.


Tissue engineering - nieuwe ledematen
Een muis met een mensenoor op zijn rug baarde eind jaren negentig opzien. Wetenschappers waren erin geslaagd een bioafbreekbare mal in de vorm van een oor te bekleden met cellen en te plaatsen onder de huid van een muis, zodat de cellen gaan groeien. Nu was dit geen echt, werkend oor, maar het principe was bewezen: het is mogelijk om cellen te laten groeien op een drager, zodanig dat ze oud of kapot weefsel kunnen vervangen en vernieuwen.


Papier - IJzersterk biopolymeer
Papier is alledaags maar waardevol. We schrijven en printen erop, pakken ermee in en vegen er viezigheid mee schoon. En in Japan bouwen ze er zelfs huizen van. Het bestaat vrijwel uitsluitend uit cellulose, een natuurlijk biopolymeer en het hoofdbestanddeel van hout. Nieuw krantenpapier en kartonnen dozen bestaan voor driekwart uit hergebruikt papier. We zamelen in Nederland namelijk vrijwel al het recyclebare papier in. Daarmee behoort Nederland tot de top van de wereld. Toch zijn er nog veel bomen nodig om de grondstof aan te vullen.

10 januari 2012, Chemische Feitelijkheden

Goud - Een onmisbaar metaal
Voor zo'n bekend element is er maar weinig van. De hele wereldvoorraad goud past makkelijk in vier Olympische zwembaden. Al eeuwenlang zoeken alchemisten naar de Steen der Wijzen om goud uit lood en andere elementen te maken. Dat is nog niemand gelukt, en dat is maar goed ook want dan was de waarde van goud zeker gedaald. Het was dan onmogelijk geworden om het als onderpand voor ons dagelijkse geldverkeer te gebruiken. Ook gouden sieraden hadden weinig waarde meer, ondanks de bijzondere glimmend gele kleur.


Wasmiddelen - vuilverwijderaars
Zeep is al zo oud als de wereld. De Babyloniërs schreven het recept ervoor al op hun kleitabletten. De bereiding is eenvoudig: kook vet met loog. Dit levert een substantie op die allerlei vuil kan verwijderen. Lange tijd werden deze klassieke zepen ook gebruikt voor het schoonmaken van kleding. Maar in de moderne wasmiddelen is nauwelijks nog zeep te bekennen. Het zijn uitgekiende mengsels geworden van tientallen verschillende componenten, elk met hun specifieke werking.

2 november 2009, Chemische Feitelijkheden

Zonnecellen - Stralende toekomst
Energie uit de zon is er in overvloed. Genoeg om iedereen tot in lengte van dagen van stroom te voorzien, maar de kunst is om al die energie nuttig te gebruiken. Dat kan door er met een zonnecel elektrische stroom van te maken. De blauwe zonnepanelen van kristallijn silicium klaren die klus. Je ziet ze steeds vaker op daken van huizen, boten en caravans – of voor lokale stroomvoorziening zoals lichtbakens, boeien en pompen in weilanden.

1 november 2007, Chemische Feitelijkheden

Rubber - Rekbare polymeerketens
Al duizenden jaren geleden gebruikten mensen in Centraal- en Zuid-Amerika natuurrubber voor hun kleding en gebruiksvoorwerpen. Als basis diende latex, het sap van de rubberboom. Sinds de 19e eeuw kunnen chemici ook synthetisch rubber maken uit olieproducten. Karakteristieke eigenschap van rubber is de elasticiteit - denk maar aan het elastiekje dat gemaakt wordt van natuurrubber. Onbehandeld zijn rubberpolymeren echter helemaal niet elastisch. Daarvoor moet het materiaal eerst gevulkaniseerd worden: een proces waarbij zwavelbruggen crosslinks vormen tussen de polymeerketens.


Brandstofcel - brug tussen brandstof en elektriciteit
Wereldwijd verbruiken we jaarlijks grofweg 450 triljoen Joules aan energie en volgens schattingen zal dit in 2030 nog eens met vijftig procent zijn toegenomen. Tot nu toe wordt de energiemarkt vrijwel volledig beheerst door fossiele brandstoffen. Dat levert niet alleen milieuproblemen op, maar bovendien raakt de voorraad op. Energie-experts denken dat waterstof, het kleinste element, kan bijdragen aan de oplossing voor deze problemen.


DNA sequencing - ontrafelen van de levenscode
DNA is het molecuul van het leven. De code waarin alle instructies voor onze cellen wordt geschreven bestaat uit de letters A, C, G en T: de vier basen die de bekende wenteltrapstructuur van DNA vormen. Het lezen van die code komt neer op het bepalen van de basenvolgorde, ook wel sequencing genoemd. Dit kunstje beheersen biochemici al dertig jaar. Maar dan met relatief kleine genomen of met delen van grotere genomen. Ontrafeling van het menselijke DNA met 3 miljard basenparen bleek heel wat moeilijker.


Vlamvertragers - Levensredders met een januskop
Televisies, computers, kleding, bouwmaterialen, autobekleding, gordijnen - er is bijna geen materiaal of er zitten wel vlamvertragers in. Ze vallen nauwelijks meer weg te denken uit ons moderne leven. Zonder hun beschermende werking zou de schade bij branden veel groter zijn.
Desondanks blijven brandvertragers een keuze tussen twee kwaden: er worden ongelukken door voorkomen, maar de verbindingen zélf zijn voor mens en milieu lang niet altijd zonder gevaar. Sommige broomhoudende verbindingen verstoren bijvoorbeeld de werking van het schildklierhormoon. Deze stoffen worden zelfs teruggevonden bij dieren die in de diepe oceaan leven, wat aangeeft dat ze zich ophopen in het milieu en daardoor tot ver van de bron schade kunnen aanrichten. Onderzoekers speuren dan ook naar oplossingen om materialen brandveilig te maken zonder schade te berokkenen aan mens en milieu. Belangrijkste punt daarbij is tegengaan dat vlamvertragers in het milieu terecht komen. Een heel ander probleem is dat vlamvertragers vaak de eigenschappen verslechteren van het materiaal waarin ze zitten. Inmiddels zijn daar een paar slimme oplossingen voor bedacht.


Kernenergie: Zorg of zegen?
In 2013 moet de ruim dertig jaar oude kerncentrale in het Zeeuwse Borssele sluiten. Er is gespaard voor de ontmantelingskosten, maar als deze duurder zouden uitvallen staat de overheid garant voor de meerkosten. Verder kan de eigenaar (het energiebedrijf EPZ) een claim voor winstderving indienen, die kan oplopen tot een miljard euro. Vanwege de hoge kosten gaan er stemmen op om de centrale te laten doordraaien zolang hij veilig is.