Onderzoeksprogramma 2
NanoBioVolt — Energie opwekken met nanotechnologie
Biologische chemie benutten om elektriciteit op te wekken op nanoschaal.
Wat als uiterst kleine systemen glucose — een van nature voorkomende bron van chemische energie — zouden kunnen gebruiken om elektriciteit op te wekken?
NanoBioVolt onderzoekt deze mogelijkheid met enzymatische nanobiobrandstofcellen.
De technologie combineert elektroden op nanoschaal met enzymen die elektrochemische reacties met glucose bevorderen. Deze reacties maken het mogelijk om chemische energie op nanoschaal om te zetten in elektrische energie.
Onze langetermijnvisie is te onderzoeken hoe deze technologie zou kunnen bijdragen aan nieuwe benaderingen binnen de geneeskunde, geminiaturiseerde apparaten en onderzoek naar duurzame energie.
Anders dan conventionele oplaadbare batterijen wekt een enzymatische biobrandstofcel elektriciteit op door chemische reacties met een beschikbare brandstof.
Energie voor nieuwe mogelijkheden
De wetenschappelijke basis van NanoBioVolt
NanoBioVolt berust op een enzymatisch elektrochemisch systeem met twee elektroden op nanoschaal die samen een nanobiobrandstofcel vormen.
De nanoanode
Enzymen bevorderen de oxidatie van glucose, waardoor elektronenoverdracht via het elektrodesysteem mogelijk wordt.
De nanokathode
Enzymgemedieerde reductiereacties completeren het elektrochemische proces.
Samen vormen de anode en kathode een nanobiobrandstofcel die onder geschikte laboratoriumomstandigheden elektrische energie kan opwekken.
Aangetoond in het laboratorium
Eerder aangetoonde elektrochemische functionaliteit
Eerdere experimenten hebben elektrochemische functionaliteit aangetoond, waaronder meetbare spanning en stroom.
Geplande onderzoekstoepassing
Van energieopwekking naar medische innovatie
Een van de eerste onderzoekstoepassingen van NanoBioVolt richt zich op prostaatkanker.
Het experimentele concept omvat het koppelen van PSMA-gerichte liganden aan nanoanoden en nanokathoden.
PSMA (prostaatspecifiek membraanantigeen) is een eiwit op het celoppervlak dat bij prostaatkanker vaak verhoogd tot expressie komt.
Het doel is te onderzoeken of deze PSMA-gerichte nanobiobrandstofcellen bij voorkeur interacties kunnen aangaan met PSMA-positieve prostaatkankercellen en lokale elektrochemische effecten kunnen veroorzaken die de levensvatbaarheid van de cellen mogelijk verminderen.
Dit zou mogelijk een nieuw principe voor gerichte biologische interventie kunnen opleveren.
Conceptuele animatie
Status
Wat we hebben bereikt
Ons onderzoek heeft verschillende belangrijke technische mijlpalen bereikt.
- Er zijn anode- en kathodesystemen op nanoschaal ontwikkeld.
- Eerdere laboratoriumexperimenten hebben elektrochemische functionaliteit aangetoond.
- PSMA-gerichte liganden zijn aan beide elektrodetypen geconjugeerd.
- Onlangs is met succes een stabiele batch PSMA-gefunctionaliseerde nanoanoden en nanokathoden geproduceerd.
Deze resultaten vormen de basis voor de volgende fase van biologisch onderzoek.
Laboratoriumbeelden — test in een laboratoriumopstelling
In voorbereiding
De volgende stap — In-vitro-proof-of-concept
We bereiden momenteel in-vitro-experimenten met prostaatkankercellijnen voor.
Het primaire doel is te onderzoeken of PSMA-gerichte nanobiobrandstofcellen PSMA-positieve kankercellen beschadigen en daarbij geschikte PSMA-negatieve controlecellen ontzien.
De studies zullen helpen om de biologische activiteit, de selectiviteit en de voorwaarden voor reproduceerbare experimentele resultaten te beoordelen.
Pas na een overtuigende biologische proof-of-concept kan verdere preklinische ontwikkeling worden overwogen.
Bereikt
Stabiele PSMA-gefunctionaliseerde nano-elektroden geproduceerd.
Wordt voorbereid
Biologische in-vitro-tests worden voorbereid.
Lange termijn
Verder dan de geneeskunde — Toekomstige energietoepassingen verkennen
Het onderliggende principe van elektriciteitsopwekking via enzymgemedieerde reacties kan mogelijk ook buiten de oncologie worden toegepast.
Mogelijke gebieden voor toekomstig onderzoek zijn:
- Geminiaturiseerde biologische sensoren en apparaten met een laag energieverbruik.
- Bio-geïntegreerde technologieën.
- Nieuwe enzymatische systemen voor energieopwekking.
- Alternatieve energietechnologieën die biologisch beschikbare brandstoffen gebruiken.
Toekomstig onderzoek richt zich op geleverd vermogen, operationele levensduur, stabiliteit, productieschaal en milieueffecten.
Onze ambitie is deze mogelijkheden te onderzoeken door middel van gedegen wetenschappelijk onderzoek en internationale samenwerking.