Snelheidscontrole voor moleculen
Moleculen detecteren met temperatuur in plaats van chemische reacties: dat is wat wetenschappers van het Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde willen doen. Ze ontwikkelen een sensor die speciale nanodeeltjes gebruikt om moleculen in de gaten te houden. Op deze manier kunnen ze bijvoorbeeld zien hoe goed nieuwe medicijnen hun werk doen. Martin Baaske ontving een Marie-Curie beurs om het project op te zetten.
Nanosensoren
De nieuwe methode richt zich op plasmonische nanosensoren: piepkleine metaaldeeltjes die hun frequentie veranderen wanneer moleculen in de buurt komen. De sensoren spelen een belangrijke rol in bij biochemical sensing, omdat wetenschappers er zo specifieke moleculen mee kunnen detecteren. Zij kunnen met de sensoren bijvoorbeeld zien of en hoe goed nieuwe geneesmiddelen inwerken op de juiste moleculen in ons lichaam. Baaske gaat de Marie-Curie beurs gebruiken om een nieuwe meettechniek te ontwikkelen, die gebruik maakt van warmte in plaats van chemische reacties.
Stemvork
Baaske legt uit hoe de traditionele methode werkt: ‘Net als een stemvork vertonen deze metaaldeeltjes een resonantiefrequentie. Deze frequentie kunnen we meten met zichtbaar of nabij infrarood licht. De frequentie verandert wanneer de moleculen waarin we geïnteresseerd zijn in de buurt komen van de metaaldeeltjes. Hierdoor kunnen we die moleculen dus detecteren.’
Nadelen
De frequentieverschuivingen alleen zijn in de meeste gevallen echter niet voldoende om onderscheid te maken tussen verschillende moleculen. Onderzoekers hebben daarom een aanvullende methode bedacht. Ze bedekken de metaaldeeltjes met een chemische stof die alleen de moleculen vangt die van belang zijn. Deze stap heet oppervlakte-functionalisatie en is erg kostenintensief. Bovendien kunnen de doelwitmoleculen nadat ze gevangen zijn vaak niet meer loskomen van de chemische middelen. Dit maakt de nanodeeltjes na het proces onbruikbaar.
Om deze reden wil Baaske een nieuwe sensor met plasmonische nanodeeltjes ontwikkelen. Bij deze sensor kunnen de moleculen die gedetecteerd moeten worden gewoon vrij blijven bewegen. Hiermee vermijdt Baaske de nadelige effecten en kosten die gepaard gaan met de traditionele methode.
Lasergun
De nieuwe sensor meet de beweging die wordt veroorzaakt door temperatuur. Hij maakt dus gebruik van de kinetische in plaats van de chemische eigenschappen om moleculen te identificeren. Normaal gesproken is de concentratie van alle moleculen in oplossing overal constant. Als er een temperatuurgradiënt ontstaat, zal de concentratie van moleculen langs deze gradiënt veranderen. Sommige moleculen houden van hitte en hopen zich op rond de warmtebron, terwijl andere dit gebied juist ontvluchten. Eenmaal verwarmd, verandert hun diffuse snelheid dus. Precies die veranderingen gaat Baaske meten. ‘Eigenlijk is onze sensor een hele kleine en hele snelle lasergun voor moleculen’, voegt hij toe.
De Marie Skolodowska Curie acties (MSCA) zijn een initiatief van de Europese Commissie. De MSCA verstrekt beurzen om het voor onderzoekers aantrekkelijker te maken in Europa te komen werken. De beurzen zijn geschikt voor onderzoekers die in het buitenland willen werken. Individuele onderzoekers, of onderzoekers bij kennisinstellingen of bedrijven kunnen een beurs aanvragen. Ook organisaties en bedrijven die een onderzoeker uit het buitenland willen aannemen, kunnen een beroep doen op een beurs. Voor de periode 2013-2020 is een bedrag van €5,6 miljard vrijgemaakt.