Biodesign Lab: nieuwe dingen maken uit levende materialen

“Wie heeft er medium?” Dr. Joren Wierenga, onderzoekstechnicus, deelt labjassen uit aan de bezoekers. Het is de openingsavond van het Biodesign Lab op donderdag 15 december 2022. Dit lab is de enige plek binnen het gebouw voor Industrieel Ontwerpen waar labjassen verplicht zijn. Het is een ML-1 lab, geschikt voor het werk aan micro-organismen met een klein gezondheids- of milieurisico.

Bezoekers gaan er door een sluis naar binnen. Daar wachten twee promovendi die iets over hun onderzoek zullen vertellen. De microbiologische labinventaris in de ruimte bestaat uit een autoclaaf voor sterilisatie, een vriezer, een zuurkast, kweekkasten (incubators), een centrifuge en microscopen.

Promovendus Ward Groutars laat een plexiglazen opstelling zien waarin ronde kleurige patronen groeien boven een zwarte achtergrond. Het zijn kolonies van flavobacteriën, vertelt hij. De kleuren zijn het gevolg van microstructuren die de bacteriën vormen, net als de groeven van een CD dat doen of een dunne olievlek op het water. Groutars onderzoekt de mogelijkheid van levende sensoren. Flavobacteriën reageren op temperatuur, vocht en andere organismen. Hun welbevinden maken ze zichtbaar met kleuren. Dat biedt wellicht mogelijkheden voor een omgevingssensor.

Zijn collega Jiwei Zhou print kleine cirkels met cyanobacteriën op papier. De blauwgroene bacteriën zijn geen algen, maar ze doen wel aan fotosynthese waarbij ze CO₂ vastleggen en zuurstof produceren. Ook veranderen cyanobacteriën van kleur in respons op hun omgeving. Daarbij zuiveren ze ook de lucht. Zhou noemt luchtzuiverende gordijnen voor de slaapkamer met groene polka dots als mogelijke toepassing.

^{Professor Elvin Karana bij de opening van ‘haar’ Biodesign Lab. (Foto: Patrick Wetzels / TU Delft)} 

Levende materialen voor ontwerpers

“Biotechnologie is het nieuwe uitgangspunt voor de 21ste eeuw”, verklaart hoofdonderzoeker professor Elvin Karana (faculteit Industrieel Ontwerpen) bij de ceremoniële opening van ‘haar’ nieuwe lab. Het is 50 jaar geleden dat een Amerikaanse onderzoeker voor het eerst een succesvol een kunstmatig DNA-molecuul bij een bacterie inbracht. Tien jaar terug verscheen het boek Bio design over de overlap van natuur, wetenschap en creativiteit. En nu heeft de faculteit Industrieel Ontwerpen dan een Biodesign Lab dat levende materialen voor het eerst binnen het bereik van ontwerpers brengt.  

Materialen en hun eigenschappen boeien Karana al sinds haar promotieonderzoek (afgerond in 2009). Ze schreef daarover: ‘Materialen brengen betekenissen over: ze zien er modern of traditioneel uit, ze drukken luxe uit, ze worden geassocieerd met fabrieken, of ze roepen iemands kindertijd op. Hoe krijgen materialen deze betekenissen?’

In 2015 zette Karana samen met professor Valentina Rognoli (Politechnico di Milano) het Materials Experience Lab op met de bedoeling om technische eigenschappen en gebruikerservaring van materialen te koppelen. Met het nieuwe Biodesign Lab komen daar levende materialen bij. Van keihard multilaag composiet tot vederlichte schimmelstructuren.

^{Groeiende kolonies van Flavobacteriën veroorzaken spectaculaire lichtbreking. (Foto: Patrick Wetzels / TU Delft)} 

Onderzoeksrichtingen

Het veld van biodesign, het maken van nieuwe dingen met levende materialen, is jong en groeit vele kanten uit. Neem bijvoorbeeld een kijkje bij het Livings Bits programma van het Massachusetts Institute for Technology dat micro-organismen als bio-computers beschouwt. Ze zetten een invoer (temperatuur, antilichamen of licht) om in een meetbare uitvoer (kleur, geur, beweeglijkheid).

In het Delftse zijn twee onderzoeksrichtingen voor de komende jaren onderdeel van het Europese Pathfinder programma NextSkins. Het Biodesign Lab werkt samen met projectcoördinator dr. Marie-Eve Aubin-Tam (faculteit Technische Natuurwetenschappen) en onderzoekers van twee andere universiteiten.

Aubin-Tam onderzoekt synthetische biologische materialen zoals kunstmatig parelmoer en zelfhelende materialen. Ze wil de productie daarvan de komende jaren opschalen van centimeters naar meters.

Karana ontwikkelt samen met professor Tom Ellis (Imperial College London) een therapeutisch biomateriaal. Denk aan een gezichtsmasker van bacteriële cellulose dat dankzij reactieve gistcellen huidontstekingen remt. Ze is zich ervan bewust dat een levend materiaal een andere benadering vraagt dan een standaard cosmetisch middel. Naast de vraag van acceptatie van een ‘levend masker’ kan ook de kwaliteit achteruitgaan.

“De designwereld heeft behoefte aan nieuwe en innovatieve materialen,” zei Karana bij de opening, “met nieuwe mogelijkheden voor interactie en schonere productiemodellen.” In het Biodesign Lab kunnen de ontwerpers van morgen vanaf vandaag kennismaken met zulke nieuwe en innovatieve materialen: bacteriën, algen en schimmels.

<bijlagen onder video>

^{De schoonheid van Flavobacteriën}

 

Meer weten?

• Beluister de BNR podcast Wetenschap Vandaag (15-12-2022)
• William Meyers, Bio design: nature, science, creativity, gratis download
• Website Materials Experience Lab
• TU Delft webpagina over het Europese NextSkins programma
• Website Living Bits van MIT Media Lab
• TU Delft stories: Alive and Kicking – designing with living materials
• Elvin Karana, Still Alive – Material Quality in Design, lees op issuu
• Eduard Groutars, Clarice Risseeuw, Elvin Karana: Living Aesthetics of Flavobacteria (wetenschappelijk artikel)
• Elvin Karana e.a., Living Artefacts (wetenschappelijk artikel, download als pdf)
• Biodesign master class

^{In het Biodesign Lab bij IO zijn witte jassen verplicht. (Foto: Patrick Wetzels / TU Delft)}