Een greep uit de moleculaire vragen voor de Nationale Wetenschapsage..

27 mei 2015

Aan de oproep voor het indienen van vragen voor de Nationale Wetenschapsagenda (NWA) is enthousiast gehoor gegeven. In totaal werden bijna 12 duizend vragen ingediend, waaronder een groot aantal chemische en moleculaire vragen. Uit de 12 duizend vragen heeft NWO Chemische Wetenschappen een
aantal vragen geselecteerd om een indruk te krijgen van de reikwijdte van de chemie en de veelal hoge kwaliteit van de ingediende vragen.

Vijf wetenschappelijke jury's beoordelen op dit moment de ingediende vragen. De KNAW (Koninklijke Nederlandse Akademie van Wetenschappen) cooerdineert dit proces. Tijdens drie conferenties op 16, 17 en 18 juni staat ter discussie welke vragen met name relevant zijn voor de wetenschap zelf
(Science for Science), voor onze economie (Science for Competitiveness) en voor de maatschappij (Science for Society). Op de website van de Nationale Wetenschapsagenda is meer informatie te vinden over het proces om te komen tot een finale agenda.

Een greep uit de vele moleculaire vragen ingediend voor de Nationale Wetenschapsagenda:

Leven & gezondheid

* Kunnen we nieuwe manieren ontwikkelen om in te grijpen in biologische functies en om deze functies niet-invasief en met hoge precisie te controleren?
* Chemische evolutie; wat is de oorspronkelijke moleculaire basis van het leven?
* Wat is de oorsprong van biologische homochiraliteit?
* Hoe verlopen biochemische reacties in levende cellen?
* Kunnen wij zelf een levende cel in elkaar zetten?
* Hoe kunnen we de eigenschappen en functionaliteiten van biologische macromoleculen beter begrijpen om ons begrip van levende systemen te vergroten?
* Hoe kunnen we imaging-technieken op nanoschaal gebruiken om de dynamische eigenschappen van individuele componenten in de cel beter te begrijpen?
* Hoe kunnen we chemie, fysica, systeembiologie en wiskundige modellen gebruiken om inzicht te verkrijgen in de dynamische interacties tussen moleculen in de cel om zo het ontwerp en de functie van moleculaire structuren in de cel op te helderen?
* Kunnen we uit de interactie tussen individuele cellen meer inzicht verkrijgen in het ontstaan van hogere structuren zoals weefsels?

* Hoe kunnen we met behulp van een groter begrip van het leven, nieuwe targets identificeren voor moleculaire therapieen, antibiotica en antivirale middelen?

* Hoe kunnen we met nieuwe slimme assays, screening-methoden en nieuwe moleculen nieuwe geneesmiddelen ontwikkelen?
* Kunnen we met behulp van genetische profielen van individuele patienten en single-cell eiwitanalyse op een chip gepersonaliseerde behandeling van patienten ontwikkelen?
* Hoe kunnen we bio-gerelateerde of bio-geinspireerde structuren en materialen maken, gebruik makend van essentiele ontwerpprincipes van het leven op verschillende lengte-schalen?
* Hoe kunnen we onze kennis van enzymatische, genetische en structurele moleculaire netwerken gebruiken om de minimale randvoorwaarden voor leven te bepalen om, uiteindelijk, de creatie van een synthetische cel mogelijk te maken? Bekijk onderstaande filmpje

[IMG]

* Hoe kunnen we onze levensduur vergroten door nanomaterialen en nano devices te integreren met (gemodificeerde) biologische systemen?
* Hoe kunnen we continue inzicht verkrijgen in de toestand van iedere cel in het lichaam?
* Kunnen we sensoren ontwikkelen die in het lichaam NOTreal-time specifieke moleculen detecteren en signalen afgeven om een systeem in het lichaam te corrigeren op moleculair niveau?
* Hoe maken we biocompatibele elektronische materialen welke in waterige omgeving (zoals in het lichaam) kunnen opereren voor de ontwikkeling van nieuwe diagnostische methoden?
* Kunnen we nieuwe medicijnen ontwikkelen door nauwe samenwerking tussen synthetisch chemici, biochemici en biologen?
* Kunnen we nieuwe biohybride materialen ontwikkelen door moleculen en materialen te maken met nanoschaalstructuren om processen zoals celdifferentiatie, orgaangroei en weefselregeneratie in levende personen te controleren?
* Kunnen we nieuwe colloidale nanomagneten ontwikkelen voor niet-invasieve biomedische behandelingen?
* Hoe worden we gezond 100 jaar?
* Hoe voorkomen we ziekten zoals Alzheimer, Parkinson, hart- en vaatziekten, kanker, diabetis en botontkalking?
* Hoe zorgen we dat ons genetisch materiaal zoveel mogelijk onbeschadigd blijft?
* Kanker verschilt van persoon tot persoon. Hoe vinden we een behandeling op maat?
* Hoe kunnen we nadelige bijwerkingen van radio- en chemotherapie verminderen?
* Wat is de chemische basis van veroudering?
* Eiwitten: hoe werken deze wonderbaarlijke moleculen?
* Hoe kunnen nieuwe geneesmiddelen worden gevonden?
* Kan de aanmaak van lichaamseigenpijnstillers (zoals de enkefalines) worden "aangezet" en gebruikt om (chronische) pijn te bestrijden?
* Wat kunnen we over het menselijk lichaam, en de biochemische processen daarin, leren door te onderzoeken hoe virussen daarmee interacteren?
* Hoe stuurt het genoom cellen en hun functies aan?
* Hoe kunnen we onze kennis van de moleculen, de bouwstenen van het leven, aanwenden om de complexiteit van het geheel beter te begrijpen?
* Welke rol speelt epigenetica (zachte overerving) in gezondheid en ziekte?
* Hoe sturen genen de embryonale ontwikkeling?
* Hoe kunnen we efficient en veilig cellen en weefsels genereren voor regeneratieve geneeskunde?
* Hoe kunnen we de wereldbevolking voorzien van eiwitten, die smaakvol zijn, zonder de inzet van dieren?
* Kunnen we medicijnen daadwerkelijk rationeel ontwerpen?

Energy

* Hoe slaan we licht- en elektrische energie op in chemische bindingen?
* Kunnen we nieuwe technologieen ontwikkelen die zonne-energie direct kunnen omzetten?
* Hoe kunnen we biomassa en CO2 gebruiken om waardevolle chemicalien te maken?
* Kunnen we nieuwe geavanceerde materialen ontwikkelen met niet-schaarse chemische elementen?
* Kunnen we nieuwe staalsoorten ontwikkelen die kunnen opereren onder extreme condities en de efficientie van energieomzetting vergroten?
* Hoe kunnen we lichtgewicht materialen ontwikkelen om de energieconsumptie terug te dringen?
* Kunnen we alternatieven ontwikkelen voor de huidige magnetische materialen die gebruikt worden in motoren en turbines en momenteel op basis van schaarse aardmetalen worden gemaakt?
* Kunnen we een alternatief vinden voor Lithium, een onmisbaar schaars element voor energieopslag in de huidige batterijen?
* Kunnen we nieuwe technologieen ontwikkelen om gebruik te maken van gradienten in water voor energieopwekking?
* Kunnen we nieuwe nanomaterialen en synthesetechnieken ontwikkelen om efficient en goedkoop zonne-energie op te wekken en op te slaan?
* Kunnen we materialen ontwikkelen die over lange afstand energie kunnen transporteren met weinig energieverlies?
* Kunnen nieuwe katalysatoren worden ontwikkeld voor een efficientere opslag van CO2 en voor synthetische fotosynthese die de efficientie van de natuur voorbij streeft?
* Hoe kunnen we uit zonlicht, water en CO2 zonnebrandstoffen maken?
* Hoe kunnen we op slimme wijze katalyse gebruiken om hernieuwbare energie (zon, wind) op te slaan in brandstof?
* Kunnen we stabiele en selectieve katalysatoren maken die nodig zijn voor de overgang naar een bio-based economy?
* Kunnen we edelmetalen en schaarse grondstoffen voor katalysatoren vervangen?
* Hoe kunnen we de schaarse grondstoffen die we nog hebben op een efficientere en duurzamere manier inzetten om de transitie naar een duurzame samenleving mogelijk te maken?
* Kunnen we chemische synthese combineren met electrochemie om slim energie te onttrekken uit chemische reacties om andere reacties te kunnen uitvoeren?
* Kunnen we katalytische processen (enzymatisch, heterogeen of homogeen) op het niveau van de reagerende molekulen begrijpen?
* Hoe brengen we de katalyse en de procestechnologie samen om de brandstoffen, materialen en processen van de toekomst te ontwikkelen?
* Kunnen we katalysatoren ontwikkelen die geen dure overgangsmetalen bevatten, maar goedkope en niet giftige materialen bevatten, zoals de veelvoorkomende hoofdgroepelementen?
* Kunnen we nieuwe efficiente nanomembranen ontwikkelen voor brandstofcellen en energieopwekking via gradienten in water?
* Hoe kan met behulp van nieuwe reactortechnologie en efficientere katalytische processen de moleculaire efficientie en energie-efficiente van chemische processen worden verbeterd?
* Kunnen we slimme materialen ontwikkelen die minder energie kosten om te maken, en die in plaats van energie verbruiken, energie genereren en zich adapteren aan de omgeving?
* Kunnen we via miniaturisatie van apparaten en de integratie van apparaten en sensoren het energiegebruik van apparaten reduceren?
* Wat wordt de toekomstige grondstof voor de chemie die olie kan vervangen?
* Kunnen we nieuwe katalytische chemie ontwikkelen om bestaande (stoichiometrische) processen te vervangen door schonere syntheseroutes?
* Hoe kunnen we kleine moleculen zoals koolstofdioxide, zuurstof, water, methaan en stikstof activeren?

Nanoscience, Nanotechnology and Advanced Materials

* Hoe controleren we moleculaire complexiteit?
* Hoe ontwerpen en benutten we uit-evenwicht, dissipatieve, chemische systemen?
* Hoe bereiken we synthese met hoge precisie door katalyse voor specifiek multifunctionele moleculen en materialen?
* Hoe induceren en benutten we beweging op nanoschaal?
* Hoe ver kunnen we de grenzen van zelf-assemblage verleggen?
* Kunnen we modellen ontwikkelen en gebruiken om het gedrag van materialen van atoom tot macroschaal te begrijpen?
* Kunnen we grensvlakken van metalen en moleculen ontwikkelen op oppervlakken of in systemen door (zelf)assemblage om geavanceerde materialen te maken (zoals metamaterialen, supersterke vezels en textielsoorten, composieten en hybriden voor lichtgewicht toepassingen en nieuwe elektronische
functionaliteiten)?
* Kunnen we nieuwe materialen maken met grote, flexibele, vouwbare oppervlakken die lichtgevend zijn of responsief voor specifieke stimuli?
* Kunnen we geavanceerde biodegradeerbare materialen ontwikkelen met specifieke functionaliteiten?
* Kunnen we slimme systemen fabriceren, manipuleren en bestuderen op atomair niveau?
* Kunnen we door miniaturisatie en integratie van elektronische apparaten nieuwe functionaliteiten ontwikkelen voor detectie en informatieverwerking en voor de opslag en verwerking van informatie tegen laag energieverbruik?
* Wat betekent moleculaire informatie?

Complex (Molecular) Systems, Soft Materials, and Fluids

* Hoe kunnen we complexe systemen (organisch, inorganisch en hybride) beter begrijpen en controleren?
* Hoe interacteren individuele entiteiten (moleculen, genen, virussen, cellen, organismen) met elkaar en met hun omgeving en hoe leiden deze interacties tot specifieke eigenschappen op grote schaal in ruimte en/of tijd via zelforganisatie?
* Hoe kunnen we met behulp van nieuwe theoretische concepten van uit-evenwicht-thermodynamica, met nieuwe experimentele technieken en nieuwe computermodellen en door een groter begrip van moleculaire zelforganisatie, de steeds groter wordende hoeveelheid complex gedrag beter begrijpen en
controleren?
* Hoe kunnen we systemen van verschillende lengteschalen, van moleculair tot macroscopisch en van levende tot dode materie, verbinden om zodoende nieuwe slimme materialen te ontwikkelen en meer inzicht te krijgen in bijvoorbeeld de werking van het brein, klimaatverandering of sociale
fenomenen.

Sustainable (Bio)Chemical Process Engineering

* Hoe kunnen we de energieconsumptie voor chemische omzettingen drastisch verminderen?
* Hoe kunnen we met behulp van chemische procestechnologie nieuwe geintensifieerde technologieen ontwikkelen met nieuwe (cascades van) reactoren om chemische reacties beter te controleren in ruimte en tijd en zodoende een grote bijdrage te leveren aan het oplossen van belangrijke
maatschappelijke uitdagingen op het gebied van energie, grondstoffen, gezondheid en milieu?
* Hoe maken we nieuwe katalysatoren voor N2-activatie?
* Hoe kunnen we nieuwe technologieen ontwikkelen voor het maken van efficiente materialen voor energieconversie en -opslag?
* Zijn colloidale nanomagneten inzetbaar voor recycling op industriele schaal? Bekijk onderstaande filmpje

[IMG]

* Hoe kunnen we essentiele grondstoffen recyclen en terugwinnen voor hergebruik?
* Hoe kunnen we met behulp van metabolic engineering nieuwe routes ontwikkelen voor de productie van brandstoffen, fijnchemicalien en medicijnen gebaseerd op groene grondstoffen?
* Hoe kunnen we gebruik maken van de snelle ontwikkelingen in lab-on-a-chip technologie om verbeterde biomedische informatie te verkrijgen en continue inzicht in farmaceutische processen?
* Hoe kunnen we nieuwe methoden ontwikkelen om zuivere en stabiele kristallijne eiwitten te maken?
* Hoe kunnen we processen in celsystemen intensiveren, bijvoorbeeld voor de productie van monoclonale antilichamen voor kankertherapie?
* Hoe ontwikkelen we duurzame processen voor CO2-conversie en -opslag, voor de conversie van afval, voor de conversie van biomassa in chemicalien, voor de purificatie en ontzouting van drinkwater en voor de recycling van bouwmaterialen zonder afval te produceren en met gebruik van een
minimale hoeveelheid energie?
* Hoe kunnen we chemische reactoren ontwikkelen die de chemische reactie op moleculair niveau controleren en 100% atoom-efficient zijn en geen afval produceren?
* Hoe kunnen we nieuwe, energie-efficiente, hybride scheidingstechnieken ontwikkelen?
* Hoe kunnen we de toekomstige chemie zo efficient en schoon mogelijk maken?
* Hoe kunnen we met behulp van astrochemie nieuwe moleculen ontdekken en het ontstaan van planeten en sterren beter leren begrijpen?
* Beschrijf het schemergebied tussen de menselijke maat en de (sub)moleculaire wereld en geef die didactisch vorm.

Bron: NWO

woensdag 27 mei 2015