Nanotechnieken maken meetinstrumenten goedkoper en portable

Persbericht

Nanotechnieken maken meetinstrumenten goedkoper en portable

Gepubliceerd op
16 september 2015

In de bionanotechnologie gaan het onderzoeken, maken en toepassen van nanodeeltjes hand in hand. Toch is het hoog tijd dat er een periodiek systeem van nanodeeltjes komt. “We bevinden ons in de bionanotechnologie op het niveau van de alchemisten aan het begin van de renaissance”, zegt prof. Aldrik Velders in zijn inaugurele rede als hoogleraar Bionanotechnologie aan Wageningen University, op 17 september.

Om eerst een misverstand uit de weg te ruimen: nanodeeltjes zijn niet superklein. Ze bestaan uit enkele tot miljoenen atomen of duizenden moleculen en vormen een tussenvorm tussen losse moleculen en relatief grote korreltjes; eiwitten zijn overigens ook een soort nanodeeltjes. “Voor een chemicus zijn nanodeeltjes dus juist heel groot”, zegt prof. Velders in zijn inaugurele rede ‘Much ado about nano’. “Eigenlijk vormen nanodeeltjes een compleet nieuwe wereld met specifieke eigenschappen. Het is daarom belangrijk dat alle nanodeeltjes die zich spontaan of door menselijk toedoen vormen, goed gekarakteriseerd worden. We werken daarom aan technologieën om ze goed te karakteriseren, optisch via absorptie en fluorescentie, en via magnetische resonantie spectroscopie − een soort MRI. Ook missen we nog een periodiek systeem van nanodeeltjes, zoals dat er is voor alle scheikundige elementen. We kennen nu slechts een paar klassen van deeltjes maar hebben nog weinig voorspellende waardes. We begrijpen ook nog niet goed hoe nanodeeltjes zich gedragen in biologische systemen. Terwijl de basis van het leven in de interactie van moleculen zit en nanodeeltjes veel handige toepassingen kunnen hebben.”

Nanodeeltjes maken

Behalve met fundamenteel onderzoek houdt Velders zich bezig met het maken van therapeutische en diagnostische nanodeeltjes. “We kunnen nanodeeltjes maken die van kleur veranderen als er andere moleculen in de buurt komen. Daar zijn we nu in samenwerking met het Leids Universitair Medisch Centrum mee bezig, voor toepassingen in bijvoorbeeld robotgestuurde chirurgie. Ook kunnen we harde en zachte nanodeeltjes maken. In die zachte deeltjes kunnen we weer extra moleculen stoppen. We onderzoeken nu hoe we metaalcomplexen in een groot nanodeeltje − een micelle − kunnen stoppen die dan als een soort Trojaans paard ingezet kan worden. Dat kan in eerste instantie voor diagnostieke doeleinden, later voor het afleveren van medicatie in een cel. Om je de schaal voor te stellen: als een atoom de grootte van een voetbal is, dan is de micelle zo groot als de Aula van de universiteit, en de cel een stad zo groot als Wageningen. Daarnaast bestuderen we bijvoorbeeld het samenklonteren en uit elkaar vallen van nanodeeltjes onder invloed van biomarkers in bijvoorbeeld bloedmonsters. Veranderingen in lichtabsorptie of fluorescentie geeft dan aan of iemand een bepaalde ziekte heeft.”

Analyselab op een chip

Tegelijk is Velders bezig met toepassing van nanotechnologie. Dit gaat vooral om het ontwikkelen van diagnostische sensoren, vertelt hij. “We maken miniatuurinstrumenten, waardoor ze goedkoper en draagbaar worden, en daarmee overal te gebruiken – een analyselab op een chip. Dat is nuttig voor bijvoorbeeld analyses van slootwater op de campus, maar ook voor het in het veld monitoren van besmettingen met malaria in Sub-Sahara Afrika.” Een belangrijke ontwikkeling daarvoor is dat Velders met zijn groep nu microkanaaltjes kan maken in blokjes van een soort rubber (PDMS), met behulp van hetzelfde plastic als dat van legoblokjes. Door stoffen door de kanaaltjes te laten lopen en ze al dan niet te koelen, te verwarmen of te belichten, kun je in die PDMS-blokjes reacties laten plaatsvinden of metingen doen zonder grote en dure apparatuur.

NMR-antennes

“Ook ontwikkelen we heel kleine NMR-antennes. Met NMR kijken we naar de energie in de vorm van radiofrequenties, die specifiek zijn voor een element of atoom, wat ons bovendien kan vertellen hoe atomen verderop in hetzelfde molecuul of nanodeeltje eruit zien. Elk element heeft zijn eigen specifieke frequentie. Onze nanospoeltjes blijken zelfs alle frequenties tegelijk te kunnen beluisteren, in plaats van maar een zoals normaal. Bovendien zijn ook onze nanospoelen weer veel goedkoper. Een normale spoel kost makkelijk tienduizend euro, onze meest recent ontwikkelde antennes minder dan een euro.”
Velders gaat tot slot binnenkort aan de slag met het wegvangen van antibioticaresistentie bacteriën uit het afvalwater van ziekenhuizen, om verspreiding van die bacteriën te voorkomen. “We ontwikkelen technologie om die cellen vast te zetten op nanoplaatjes. Dure ziekenhuistechnologie vormen we zo om voor de afvalwaterzuivering. Nanotoepassingen van verfijnde medicijnen tot in de modder dus.”