Met de subsidie kan Schoenmakers, hoogleraar Analytical Chemistry & Forensic Science, een nieuwe scheidingstechnologie ontwikkelen die ons in staat zal stellen om binnen één dag maar liefst een miljoen chemische componenten uit complexe mengsels van elkaar te scheiden. Polman besteedt de ERC Advanced Grant aan de verdere ontwikkeling van tijd-opgeloste cathodoluminescentiemicroscopie. Bakker gaat zich toeleggen op protongeleiding in gestructureerd water.

De Advanced Grant bedraagt per project maximaal 2,5 miljoen euro en wordt toegekend op basis van wetenschappelijke excellentie van zowel de wetenschapper als het onderzoeksvoorstel.

ERC Grant Schoenmakers: Van ‘proteomics’ tot ‘foodomics’

Allerlei dingen in en om ons heen hebben een enorm complexe chemische samenstelling. Ons eten is daar een goed voorbeeld van. Het bevat vele duizenden verschillende soorten moleculen. Het bloed in ons lichaam is een ander voorbeeld, met naar schatting tussen de 50.000 en 100.000 verschillende eiwitten. Wetenschappers komen steeds meer te weten over de rol van al deze verschillende eiwitten en hoe meer ze begrijpen, hoe meer ze willen weten. Dit heeft onder meer geleid tot het ontstaan van proteomics, het wetenschapsterrein dat zich richt op het kwantitatief en kwalitatief in kaart brengen van alle verschillende menselijke eiwitten. Naar analogie wordt er tegenwoordig door sommigen gesproken van foodomics, waarbij het gaat om de voedingseigenschappen of de gezondheidsbevorderende of toxische effecten van alle verschillende moleculen in ons voedsel.

Naar scheidingen van 1 miljoen componenten

De analytische scheikunde maakt deze ontwikkelingen mogelijk. Vooral de zich in rap tempo ontwikkelende massaspectrometrie is cruciaal voor het inzicht in complexe verbindingen. De mogelijkheden van massaspectrometrie worden echter beperkt door de mate waarin een mengsel kan worden gescheiden voordat het wordt ingebracht in de massaspectrometer. Met conventionele (vloeistof) chromatografie kunnen maximaal 1.000 componenten gescheiden worden in een tijdsbestek van meer dan 10 uur. Tweedimensionale vloeistofchromatografie heeft scheidingen tot 10.000 componenten mogelijk gemaakt; in 30 minuten kunnen er zo’n 2.000 componenten worden gescheiden.

In zijn STAMP-project hanteert Schoenmakers daarom een alternatieve, driedimensionale benadering van vloeistofchromatografie. Met behulp van microtechnologie wil hij een systeem ontwikkelen om de talloze componenten uit complexe mengsels ruimtelijk van elkaar te kunnen scheiden. Het is een snel en efficiënt concept: naar verwachting zijn straks binnen één dag een miljoen componenten van elkaar te scheiden. Het systeem resulteert in een serie prints (‘stempels’) van gescheiden componenten, die vervolgens met behulp van bijvoorbeeld massaspectrometrie verder zijn te analyseren.

De resultaten van het project zullen voor veel wetenschappelijke disciplines, waaronder de (moleculaire) biologie, scheikunde en geneeskunde, van betekenis zijn en kunnen leiden tot verbeteringen in onder meer voeding, duurzame energie, en high-tech materialen.

Over Peter Schoenmakers

Schoenmakers is wereldwijd toonaangevend met zijn onderzoek op het terrein van de analytische scheikunde. Hij bezet de zevende plaats op de internationale ‘Analytical Sciences Power List' van het tijdschrift The Analytical Scientist. Schoenmakers ontving in 2015 de CASSS Award van de International Society for Separation Science en de Csaba Horváth Memorial Award van de Hungarian Society for Separation Sciences. In 2014 kende de Britse Royal Society of Chemistry hem de Knox Medal toe en in 2011 kreeg hij de Martin Medal van de Chromatographic Society.

CASA

Het STAMP-project wordt uitgevoerd binnen het Centre for Analytical Sciences Amsterdam (CASA), waarin UvA en VU hun expertise op het terrein van de analytische scheikunde bundelen. Ook CASA-wetenschappers van de VU zullen betrokken zijn bij het onderzoek.

ERC Grant Albert Polman

Albert Polman, hoogleraar Photonic materials for photovoltaics, ontvangt een ERC Advanced Grant van 2,5 miljoen euro voor de ontwikkeling van tijd-opgeloste cathodoluminescentie-microscopie. Bij deze nieuwe techniek wordt een gepulste elektronenbundel over het oppervlak van een materiaal gescand waarbij het uitgezonden licht wordt gecollecteerd. Dit maakt het mogelijk optische verschijnselen te bestuderen met een ruimtelijke resolutie van 10 nm en een tijd-resolutie van 1 picoseconde. De nieuwe microscoop maakt het mogelijk quantum-optische verschijnselen op de nanoschaal te bestuderen. Het nieuwe instrument zal deel uit maken van de Amsterdam nanoCenter cleanroom op AMOLF. Hij zal tevens een sleutelrol spelen in het Solardam-onderzoekprogramma naar zonne-energie van UvA, VU en AMOLF. Polman werd in 2011 ook al bekroond met een ERC Advanced Grant, voor zijn onderzoek aan optische metamaterialen.

ERC Grant Huib Bakker

Huib Bakker, hoogleraar Ultrasnelle spectroscopie van moleculen in de gecondenseerde fase en directeur van FOM-instituut AMOLF, heeft een ERC Advanced Grant toegekend gekregen voor zijn onderzoek aan protongeleiding in gestructureerd water. Het transport van protonen door waterig milieu speelt een zeer belangrijke rol in waterstofbrandstofcellen en in metabolische processen in levende cellen. Dit transport vindt vaak plaats langs oppervlakken en door kanaaltjes met een diameter van de orde van 1 nanometer (10^-9 meter). De interactie van de watermoleculen met een oppervlak of de wanden van een nanokanaaltje leidt vaak tot een bijzondere waterstofgebrugde structuur van het water, die sterk afwijkt van de structuur van bulk vloeibaar water of ijs. In dit onderzoeksproject zal worden onderzocht hoe de structuur van water bij oppervlakken en in nanokanaaltjes de snelheid en het mechanisme, waarmee protonen zich door het water bewegen, beïnvloedt. In dit onderzoek zal gebruik worden gemaakt van geavanceerde niet-lineaire spectroscopische technieken, waarmee het mogelijk is om de dynamica van protonen dichtbij oppervlakken en in nanokanaaltjes te volgen met een tijdsresolutie van 100 femtoseconden (10^-13 seconde). Een belangrijk doel van het onderzoek is uit te vinden hoe de beweeglijkheid van de protonen in natuurlijke en artificiële systemen kan worden beïnvloed via de moleculaire eigenschappen van het oppervlak en de dimensies van de nanokanaaltjes. Het uiteindelijke doel is om de protonbeweeglijkheid te schakelen met behulp van een elektrisch veld, en op die manier een field-effect proton transistor te realiseren. 

In totaal zijn er vier Amsterdamse bèta-onderzoekers die de Advanced Grant toegekend krijgen. Naast de drie UvA-gehonoreerden, ontvangt VU-natuurkundige prof. dr. Kjeld Eikema de Advanced Grant.