Universiteit Leiden Universiteit Leiden

Nederlands English

‘We proberen iets wat bijna onmogelijk is. En dat doen we hier elke keer.’

Dr. ir. Tjerk Oosterkamp, hoogleraar experimentele natuurkunde, heeft een ambitieus doel: een MRI-scanner die individuele atomen kan onderscheiden in biologische materialen. Hij kreeg er onlangs een VICI-subsidie van 1,5 miljoen euro voor.

Biologische nanomachientjes

Oosterkamp: ‘Eiwitten in een levende cel zijn eigenlijk biologische nanomachientjes, en we missen nog heel vaak het plaatje hoe het er echt uitziet en hoe het werkt. Toch is dat nodig om, bijvoorbeeld, gericht medicijnen te ontwikkelen. Dat geldt met name voor eiwitten op celmembranen.’

Opname met een elektronenmicroscoop van een flinterdun silicium naaldje dat een magnetisch nanobolletje oppikt. Dit vormt het hart van de MRI-AFM in aanbouw.Onderschrift

Oppervlak van eiwitten aftasten

Hij is bezig om een atomaire tastmicroscoop (AFM) te bouwen die ook als MRI-scan werkt. Deze bestaat uit een naaldje van slechts nanometers groot, dat atoom voor atoom het oppervlak van een eiwit of ander groot molecuul aftast. Aan de top van het naaldje zit een magnetisch bolletje. Dat ‘voelt’ de aantrekkingskracht van atoomkernen of ‘alleenstaande’ elektronen in het eiwitmolecuul, omdat dat zelf minuscule magneetjes zijn. Het subtiele van MRI (magnetic resonance imaging) is, dat je met een puls radiostraling van buitenaf selectief het magneetje van een beperkt aantal atomen kunt omkeren, zodat de naald uitsluitend, bijvoorbeeld, de stikstofatomen in een beperkt deel van een eiwitmolecuul registreert.

Fijnmechanici

De technische uitdagingen zijn enorm; trillingen zijn funest, daarom hangt een MRI-AFM aan een meertraps geveerd frame, en moet hij functioneren vlak boven het absolute nulpunt (-273 graden celsius).

De Vici-subsidie is, verdeeld over vijf jaar, grotendeels bestemd voor de aanstelling van twee promovendi, een postdoc en een technicus. ‘Deze apparaten kan ik niet bouwen zonder hoogopgeleide fijnmechanici en elektronici, ’ benadrukt Oosterkamp. ‘De universiteit heeft zelf geen geld meer om voldoende van zulke mensen in dienst te nemen.’

De atomaire tastmicrosccop is gebouwd op een chip in het onderste kamertje. De overige compartimenten bevatten de koeling en meetapparatuur. Het geheel komt in een cryostaat te hangen, een grote thermosfles met vloeibaar helium.

Emotioneel probleem

Experimentele natuurkunde vergt een flinke frustratie-tolerantie. Vaak werkt iets wat je gebouwd hebt niet, en kom je er maar niet achter waarom. Oosterkamp: ‘Zeker voor een promovendus kan dat ook emotioneel een enorm probleem zijn: hoe hou je het vol om zó lang aan iets te werken waar soms maandenlang geen schot in zit? Voor mij is dat inmiddels makkelijker: ik heb meerdere promovendi en post-docs, en er staat altijd wel één potje op het vuur waarin het lekker borrelt.’ Zelf schat hij de kans dat de MRI-AFM uiteindelijk een resolutie haalt van ongeveer een nanometer (zo’n vijf atomen breed) op 75%, en de kans dat hij in een willekeurig biologisch molecuul atomen kan onderscheiden op 50%.

Beter dan het beste

Dat einddoel ligt nog zeker 10 jaar in de toekomst. Hoe hou je zulk onderzoek spannend? ‘Je kunt je natuurlijk telkens afvragen, wat levert dit op voor de BV Nederland? Wij proberen hier iets te doen wat bijna onmogelijk is. Maar ‘het kan niet’ is niet de manier waarop ik in het leven sta. Tegen de promovendi en post-docs zeg ik: bedenk iets dat beter is dan het beste wat op dit moment in de wereld te krijgen is. Dat is mogelijk, want dat doen we hier elke keer. Ook hebben we een bedrijf opgericht dat de apparatuur die wij ontwikkelen zo snel mogelijk gebruiksklaar aan andere instituten aanbiedt: dan hoeven anderen niet het wiel opnieuw uit te vinden. Dat verveelvoudigt onze onderzoeks-output, al komt dat niet op mijn publicatielijst te staan. Maar dat vind ik niet erg. Ik ben een gelovig mens, ik zit hier niet alleen voor mezelf.’

Zie ook