Biomimetica: spieken bij de natuur

Inspiratie opdoen bij de natuur om menselijke problemen op te lossen; zo kun je ‘biomimetica’ samenvatten. Voorbeelden van toepassingen zijn zonnecellen die geïnspireerd zijn op fotosynthese, zelfreinigende materialen geïnspireerd op de waterafstotende bladeren van de lotusbloem, maar ook neurale netwerken gemodelleerd naar het gedrag van dieren.

Daniela Popescu promoveert binnenkort op een biomedische toepassing. De van origine Roemeense scheikundige specialiseerde zich in biomimetische structuren. Dat zijn materialen die beschadigde onderdelen van het menselijk lichaam, zoals spierweefsel en bot, kunnen vervangen. Popescu maakte bijvoorbeeld een model van de manier waarop spierweefsel groeit en degenereert. “We weten nog niet precies hoe spierweefsel slijt”, legt ze uit. “Ook willen we weten hoe spieren reageren op elektrische stimuli. Die kunnen misschien gebruikt worden bij de behandeling van beschadigd weefsel. Maar om dat te kunnen onderzoeken, hebben we eerst een goed in vitro model -dus in het laboratorium- nodig. In de natuur groeien spieren in een bepaalde richting. Maar als je ze in een laboratorium kweekt, groeien ze alle kanten op.”
Om dat te voorkomen, gebruikte Popescu een dunne glasplaat als ondergrond. Daarop bracht ze smalle banen van goud aan, met daarboven een laag polymeer waaraan spiercellen niet hechten. Toen het geheel werd ondergedompeld in water, bleef de polymeerlaag plakken aan het goud, maar liet los van het glas. Daarna werden in de smalle glazen groeven die overblijven, spiercellen gekweekt die dan ineens mooi parallel liggen. “Wanneer je een stroompje op de gouden elektroden zet, trekken de spieren samen; een veelbelovend model voor spieronderzoek.”

Paarlemoer
Ook keek Popescu naar de vorming van calciumcarbonaat. Het paarlemoer aan de binnenkant van schelpen is daarvan gemaakt, net als kalksteen. Toch is het ene materiaal keihard en het andere bros. De natuur blijkt organische moleculen te gebruiken om het kristallisatieproces te sturen. Menselijk bot is bijvoorbeeld een combinatie van collageen en calciumfosfaatkristallen. Het gebruik van organische moleculen om in het laboratorium de kristallisatie van calciumcarbonaat te beïnvloeden, zou materialen kunnen opleveren die geschikt zijn voor botvervanging. “We zijn nog verre van het implanteren van materialen in mensen. Daarvoor is nog teveel onbekend.”

Popescu zou graag zien dat de door haar ontwikkelde modellen uiteindelijk bijdragen aan het helpen van mensen. “Er is al een vervolg op mijn onderzoek, dus ik heb goede hoop.”
Op woensdag 30 november hoopt Daniela Popescu te promoveren op ‘Biomimetic Structures.’/.