Chemici kunnen nog heel veel ontdekken als ze hun fixatie op het evenwicht loslaten, meent materiaalwetenschapper Joanna Aizenberg. ‘Juist in dynamische systemen gebeuren de meest interessante dingen.’

De perfecte camouflagetechnieken van inktvissen,de pootjes van woestijnkevers die in staat zijn hun hechtingskracht aan te passen, de manier waarop diepzeesponzen heel precies kristallisatie sturen, en zo gaat de lijst maar door van onderwerpen waaraan Joanna Aizenberg (56), hoogleraar materiaalwetenschappen aan Harvard University, werkt.
De gemene deler in haar werk vormen ­responsieve, dynamische materialen en systemen die levende organismen op uiteenlopende manieren gebruiken. Voor haar pionierswerk in het ontrafelen en toepassen van natuurlijke ontwerp- en technologische principes ontving ze in april een eredoctoraat van de TU/e.

‘De natuur laat ons inzien hoe beperkt onze denkruimte is’

Ze ontwikkelde onder meer extreem glibberige zelfhelende oppervlakken, SLIPS genaamd, waar alles voor je ogen vanaf glijdt; van olie en verf tot bloed en bacteriekolonies. Die oppervlakken beschikken over een poreuze structuur gevuld met een vloeistof die niet mengt met datgene wat je wilt afstoten. De dunne vloeistoffilm aan het oppervlak zorgt voor de extreme glibberigheid.
Het principe keek ze af van vleesetende bekerplanten die deze truc gebruiken om nietsvermoedende mieren naar binnen te laten glijden. Aizenberg denkt aan afstotende coatings, bijvoorbeeld voor medische apparatuur, gebouwen of schepen. Extreme biomimetics, noemt ze het zelf.

Met de natuur als inspiratiebron komen ongetwijfeld doorlopend nieuwe ideeën op je pad. Hoe balanceer je tussen een nieuw project starten en lopend onderzoek verder verdiepen?
‘Een van de belangrijkste dingen die ik leerde van mijn promotor is dat iedere ­publicatie een nieuwe boodschap moet bevatten, anders heeft het geen zin om het op te schrijven. Die les pas ik nog steeds toe. Ik wil crazy dingen doen die nog niemand heeft gedaan. Daarom begin ik alleen aan een nieuw project als het uniek is. Dingen beter doen dan een ander interesseert mij niet, ik wil iets nieuws doen.’

Nieuw is een tijdelijk begrip. Wanneer is het nieuwe eraf?
‘Als ik bij een bepaald onderwerp door mijn ideeën heen ben, verlies ik mijn interesse. Bijvoorbeeld toen we onze extreem glibberige oppervlakken, de SLIPS, hadden ontwikkeld was het eerst ontzettend spannend om te kijken of we dit ook op glas konden toepassen. Dat kon. Op een metaal. Dat kon ook. Maar om dan nog een metaal en nog iets anders te proberen. Op zo’n moment geef ik het graag over aan iemand anders die het verder gaat verfijnen. Maar opheldering van de onderliggende mechanismen en principes, boeien me nog steeds. Want die begrijpen we niet, dus daar kun je iets nieuws ontdekken.’

Om te bepalen of een onderwerp nog nieuw en interessant genoeg is, moet je dus goed op de hoogte zijn van ­ieder project. Hoe doe je dat bij een groep van bijna vijftig mensen die werken aan uiteenlopende onder­werpen als biomineralisatie, zelf­assemblage, bio-nanogrensvlakken, hydro­fobiciteit of optica?
‘Kijk, een leven in de wetenschap is niet gewoon een normale negen-tot-vijf-baan. Als je dit doet, moet interesse je echt drijven, anders hou je het niet vol. Het zijn veel projecten, maar ik vind ze allemaal ontzettend boeiend. Ik probeer van al die onderzoeken zo veel mogelijk details te ­weten en erbij betrokken te zijn. En ik ­vertrouw sterk op mijn intuïtie om te ­bepalen of we op de juiste weg zitten ­of
dat we het anders moeten doen. Maar ik heb natuurlijk ook gaandeweg geleerd om het praktische werk over te laten aan mijn postdocs en promovendi.’

Dat brengt ons op de kwaliteit van je team. Hoe bepaal je wie geschikt is?
‘Dat is zo ontzettend lastig, want je weet gewoon nooit hoe het uitpakt. Ik heb nog geen manier gevonden om te voorspellen of iemand goed gaat presteren. Wat ik wel weet, is dat studieresultaten geen voorspellende waarde hebben. Daar­om kijk ik vooral naar de persoon, want daar kan ik tenminste een beeld van krijgen.’
En waar let je dan op?
‘De sfeer binnen de groep is cruciaal en ik ben absoluut niet gediend van mensen die op een onprettige manier competitief zijn. Je hebt maar één stoorzender nodig om het voor iedereen te verpesten. Daarom laat ik een kandidaat ook altijd praten met de mensen in de groep met wie hij of zij veel zal samenwerken. We moeten allemaal het gevoel hebben dat we met deze kandidaat goed en prettig kunnen werken. Dat geeft voor mij de doorslag.’

Je stelt dat wij grote moeite hebben om de ontwerpprincipes van de natuur te doorgronden, omdat ze vaak compleet tegen onze manier van denken ingaan. Kun je daar een voorbeeld van geven?
‘Neem de extreem glibberige oppervlakken. Wat doen wij als we een oppervlak willen maken waar niets aan hecht? Dan maken we het zo glad mogelijk. Alle structuur moet weg. Wat doet de natuur? Die gebruikt juist structuur om iets extreem glad te maken. Als we dit niet in de natuur hadden gevonden, had niemand geloofd dat dit de oplossing is. Een ander voorbeeld is glas maken. Wij kunnen dat, maar alleen bij zeer hoge temperaturen. Er zijn sponzen uit de diepzee die ook glas maken. Maar zij doen dat bij de gematigde of zelfs lage temperaturen van het zeewater. Hoe doen ze dat? Dit laat maar weer eens zien dat onze denkruimte beperkt is.’

Je combineert veel verschillende vakgebieden, met een centrale rol voor de chemie. Wat heb jij nodig vanuit de chemie, waarop zouden chemici zich volgens jou moeten richten?
‘Het is de chemie die onze projecten bijzonder en uniek maakt. Ik zou heel graag zien dat chemici meer oog krijgen voor systemen. Eén verbinding synthetiseren en die geïsoleerd bestuderen, is bij lange na niet zo interessant als kijken naar een heel systeem. Neem responsieve, dynamische materialen. Dat zijn systemen waarin de chemische samenstelling en de functie ­samenkomen. Die moet je als geheel ­bestuderen. Overigens vind ik dat Neder­land veel goed onderzoek op dit gebied doet, maar in het algemeen lijken chemici bang te zijn voor dynamische systemen.’

Bang?
‘Chemici denken vanuit evenwicht. Dat is niet verwonderlijk, want zo hebben we het allemaal geleerd op school. Ik ook. Wat aan de linkerkant van de vergelijking staat, moet overeenkomen met wat er rechts staat. Zo maak je een reactievergelijking. Maar in dynamische systemen, zoals responsieve materialen maar ook levende cellen, is geen evenwicht. Leven is een niet-evenwichtstoestand. Daar gebeuren de meest interessante dingen.’

In C2W 12 2016 lees je meer over de Nederlandse en Vlaamse bijdrages aan biomimetics.