Onderzoekers TU Eindhoven produceren medicijnen met luminescent solar concentrators

Medicijnen duurzaam en goedkoop produceren, waar je maar wilt. Met dat toekomstbeeld presenteerden chemici van de Technische Universiteit Eindhoven (TU/e) 3 jaar geleden een ‘mini-fabriek’ waarmee men zonlicht kan opvangen. De mini-reactor drijft met de energie van het zonlicht chemische reacties aan. De onderzoekers van de TU Eindhoven, onder leiding van dr. Timothy Noël, presenteerden vorig jaar een betere versie van de ‘minifabriek’: hun innovatie op zonlicht werkte destijds voor het eerst bij bewolking.

Weersomstandigheden
Als ultieme demonstratie slaagde de fabriek erin om met de reactor daadwerkelijk 2 soorten medicijnen te produceren: het antimalariamiddel artemisinine en het ontwormingsmiddel ascaridol. In het blad Angewandte Chemie beschrijven ze hoe deze reactor eenvoudig opschaalbaar is, voor een breed palet aan chemische reacties is in te zetten en onder wisselende weersomstandigheden een stabiele productie houdt. De technologie, die de potentie heeft de farmaceutische industrie sterk te verduurzamen, lijkt daarmee klaar voor commerciële opschaling.

Luminescent solar concentrators
Probleem van de mini-fabriek was altijd dat het beschikbare zonlicht te weinig energie levert om reacties op gang te helpen. De onderzoekers slaagden erin dankzij een truc die ze afkeken van bladeren in de natuur. Net als hoe in een blad speciale moleculen energie uit zonlicht verzamelen, gebruikten ze lichtgevoelige moleculen in een plak siliconenrubber (red. zogenoemde luminescent solar concentrators, lsc’s) om licht in het materiaal op te sluiten en in een specifieke lichtkleur om te zetten.
Vervolgens pompten ze vloeistoffen door zeer dunne kanaaltjes aangebracht in deze lsc’s en kwamen zo in aanraking met dit licht. De combinatie van het opsluiten van licht en de microkanalen maakte dat de lichtintensiteit hoog genoeg was om de reacties te laten plaatsvinden. Dankzij een feedbacksysteem dat ze later toevoegden, past de pompsnelheid zich aan aan de hoeveelheid invallend zonlicht, waardoor een stabiele productie mogelijk is onder wisselende weersomstandigheden.

Plexiglas
In de reactor die het team nu presenteert, is het siliconenrubber vervangen door PMMA (red. plexiglas). ‘Dit materiaal is goedkoper en gemakkelijk in grotere hoeveelheden te maken. Ook heeft het een hogere refractieve index, waardoor het licht beter opgesloten blijft’, vertelt onderzoeksleider Noël. ‘Maar het belangrijkste is dat we in PMMA meer soorten lichtgevoelige moleculen kunnen toevoegen. Daardoor zijn nu feitelijk alle chemische reacties over de hele breedte van het zichtbare lichtspectrum mogelijk.’

De reactor lijkt klaar voor de praktijk. Bijvoorbeeld als lokale medicijnfabriek op moeilijk bereikbare plekken: malariamedicijnen in de jungle, en zelfs paracetamol op Mars behoort in theorie tot de mogelijkheden. De reactor heeft het potentieel om een ernstig probleem van de farmaceutische industrie op te lossen: de toenemende druk om groener te produceren. De chemische reacties waarmee medicijnen worden geproduceerd, vereisen momenteel giftige chemicaliën en veel energie in de vorm van fossiele brandstoffen. Bij gebruik van deze reactor kunnen dezelfde reacties duurzaam, goedkoop en in theorie talloze malen sneller gebeuren.

Bekijk hieronder een video met uitleg over het werkingsprincipe van de mini-reactor.