Nieuwe 'blokjes-chemie' moet moleculen ontwerpen toegankelijker maken

Scheikunde is al bijna twee eeuwen een vak voor specialisten. Het bouwen van nieuwe moleculen vergt jarenlange training en fijngevoelig handwerk. Een team onder leiding van chemicus Martin Burke van de University of Illinois Urbana-Champaign wil daar verandering in brengen met een methode die ze 'blocc chemistry' noemen. Het onderzoek is gepubliceerd in het tijdschrift Science.

Bouwen met moleculaire Lego-blokjes

De kern van de methode: moleculen worden opgebouwd uit voorgefabriceerde bouwblokken, door de onderzoekers 'bloccs' genoemd. Die bouwblokken worden stap voor stap aan elkaar gekoppeld via koolstof-koolstofbindingen, de verbindingen die het skelet vormen van vrijwel alle organische moleculen. Omdat dit proces herhaalbaar en voorspelbaar verloopt, kan het volledig door robots worden uitgevoerd. Dat is een groot verschil met traditionele moleculair ontwerp, waarbij chemici voor elk nieuw molecuul vaak een uniek recept moeten bedenken.

Doordat de synthese geautomatiseerd verloopt, ontstaan ook grote, consistente datasets. Die zijn ideaal om AI-modellen mee te trainen, die vervolgens zelf kunnen voorspellen welke combinaties van bouwblokken interessante eigenschappen opleveren. Burke en collega's noemen als voorbeelden al gerealiseerde doorbraken: organische lasers, duurzamere materialen voor zonnecellen en andere functionele moleculen die met hulp van AI zijn gevonden dankzij deze aanpak.

Wetenschap voor iedereen, met risico's

Het team van Burke, verbonden aan het Molecule Maker Lab van het Beckman Institute, benadrukt dat de nieuwe toegankelijkheid ook een keerzijde heeft. Als moleculen bouwen straks net zo simpel wordt als programmeren, kunnen niet alleen studenten en burgerwetenschappers ermee experimenteren, maar in theorie ook kwaadwillenden. Daarom richt het lab een internationale taskforce op met chemici, AI-experts, artsen, industrie- en onderwijsvertegenwoordigers. Die groep moet vooruitlopend op grootschalig gebruik veiligheidsmaatregelen ontwikkelen.

Burke verwijst naar bestaande biosecurity-initiatieven als voorbeeld voor mogelijke waarborgen: centraal toezicht op geautomatiseerde synthese, algoritmes die verdachte moleculen signaleren, en onafhankelijke controle op de naleving van veiligheidsregels. "We wilden hier ver op vooruitlopen", aldus Burke. "Gedemocratiseerde moleculaire innovatie komt eraan, en de wereld moet zich daarop voorbereiden." De taskforce komt deze maand voor het eerst bijeen; een gezamenlijk rapport met aanbevelingen wordt begin 2027 verwacht.

Voor het bredere publiek betekent dit onderzoek vooral dat de ontwikkeling van nieuwe stoffen, van medicijnen tot duurzame materialen, potentieel sneller en goedkoper kan verlopen. Automatisering verlaagt de drempel voor onderzoekers wereldwijd, ook buiten dure laboratoria met gespecialiseerd personeel.