Onderzoekers van de TU Eindhoven zijn er in geslaagd om medicijnen te produceren via zonlicht op kunstmatige bladeren. De technologie zou de mogelijkheid bieden om de farmaceutische sector ingrijpend te verduurzamen en is volgens de onderzoekers gereed voor opschaling.
Overal eenvoudig medicijnen kunnen produceren met zonlicht als energiebron is een realiteit die dichterbij komt. Chemici van de TU/e hebben een minireactor ontwikkeld die, vergelijkbaar met bladeren van bomen en struiken, zonlicht absorbeert en zo chemische reacties veroorzaakt. Bij een praktijktest slaagden de betrokken chemici erin om de reactor twee soorten medicatie te laten produceren: het antimalariamedicijn artemisinine en het antiparasitaire geneesmiddel ascaridol.
In het wetenschappelijke blad 'Angewandte Chemie' schrijven de onderzoekers dat de reactor makkelijk opgeschaald kan worden en ingezet kan worden voor een breed scala aan chemische reacties. De reactor zou ook onder veranderende weersomstandigheden een stabiele productie mogelijk maken. Reden dus om te verwachten dat commerciële opschaling in zicht lijkt. Dat moet voor een vergroening van de farmaceutische sector kunnen zorgen.
Natuur als voorbeeld
Het team chemici onder leiding van Timothy Noël maakte gebruik van een verbeterde versie van een eerdere bladachtige reactor uit 2016. Het prototype gebruikt de natuur als voorbeeld in het nemen van hordes bij de inzet van zonne-energie om chemische producten te maken. Zo'n drempel was dat beschikbaar zonlicht vaak onvoldoende energie gaf om een reactie in gang te zetten. De onderzoekers kopieerden een truc die bladeren in de natuur gebruiken. Zij ontwierpen hele smalle kanalen in zogeheten Luminescent Solar Concentrators (LSCs, siliconenrubber), vergelijkbaar met de aderen die door bladeren heen lopen.
Zonlicht activeert vervolgens de moleculen van vloeistoffen in de microkanalen waardoor de chemische reactie begint. De combinatie van het 'opsluiten' van licht en de microkanalen maakte de lichtintensiteit hoog genoeg voor het opstarten van de reacties. Vorig jaar kwam het team naar buiten met de aankondiging dat ze een mechanisme hadden ontwikkeld om de productie te stabiliseren, ongeacht de variaties in direct zonlicht. Hun feedbacksysteem zou minder dan 10 euro kosten en kan de productie versnellen of vertragen al naar gelang de variatie in intensiteit van zonlicht.
Alle chemische reacties mogelijk
In de nieuwe reactor is het siliconenrubber vervangen door PMMA (poly (methylmethacrylaat, ofwel plexiglas. "Dit materiaal is goedkoper en gemakkelijk te maken in grotere hoeveelheden. Het heeft ook een hogere brekingsindex, zodat het licht beter beperkt blijft", vertelt Noël. "Maar het belangrijkste is dat we meer soorten lichtgevoelige moleculen in PMMA kunnen toevoegen. Hierdoor zijn in principe alle chemische reacties in deze reactor nu over de gehele breedte van het zichtbare lichtspectrum mogelijk."
In de publicatie in Angewandte Chemie beschrijven de onderzoekers de veelzijdigheid van de reactor door verschillende chemische reacties te voltooien. Twee daarvan betroffen de productie van eerdergenoemde medicatie: artimesinine tegen malaria en ascaridol, een afweermiddel tegen parasitaire wormen. De reactor zou nu klaar zijn voor gebruik, bijvoorbeeld voor een lokale medicijnfabriek op moeilijk bereikbare plaatsen. Directe productie van malariamedicijnen in de jungle of zelfs paracetamol op Mars zijn in theorie mogelijk. "Met deze reactor kun je medicijnen maken waar je maar wilt", zegt Noel. "Je hebt alleen zonlicht en deze minifabriek nodig."
Duurzame productie medicatie
De reactor kan in potentie een groot probleem voor de farmaceutische industrie op lossen: de toenemende druk om op een duurzame manier te produceren. De chemische reacties voor de productie van medicijnen vereisen momenteel giftige chemicaliën en veel energie in de vorm van fossiele brandstoffen. Door zichtbaar licht te gebruiken, worden dezelfde reacties duurzaam, goedkoop en, in theorie, talloze malen sneller.
Noël: “Er zijn nauwelijks obstakels om deze technologie in de praktijk te brengen, behalve dat deze alleen overdag werkt. Kunstmatige bladeren zijn perfect schaalbaar; waar zon is, werkt het. De reactoren kunnen eenvoudig worden opgeschaald en zijn goedkoop en zelfaangedreven van aard. Zo zijn ze bij uitstek geschikt voor de kosteneffectieve productie van chemicaliën met zonlicht."De chemicus verwacht dat binnen een jaar een commerciële proef met deze technologie kan worden uitgevoerd, in partnerschap met een farmaceutisch bedrijf."
