Promovendus Bram Mooij (31) onderzoekt hoe je leven op Mars detecteert met een laseropstelling. Ver van je bed? Toch niet. Deze lasertechniek is ook toepasbaar in de hightech en farmaceutische industrie. koen sprak met Bram over de mogelijkheden. Wat blijkt: met laseropstellingen kun je lastige vraagstukken oplossen.

Dwars door gesteenten heen

In zijn lab op de VU Amsterdam staat een metalen tafel van 3 bij 1,5 meter. Daarop rust een opstelling die laserpulsen afschiet, dwars door gesteenten heen. “Een papiertje in de laserbundel zou direct vlam vatten,” legt Bram uit.

Deze slimme natuurkundige heeft een zogenaamde Ramanspectroscopie-opstelling (hierna: Ramanopstelling) gebouwd om buitenaards leven te kunnen detecteren. Maar er zijn veel meer toepassingen.

Hoe werkt een Ramanopstelling?

Licht interacteert met materie. Door laserpulsen af te schieten op de materie en het verstrooide licht te analyseren, krijg je chemische informatie over de materie. Hoe dat precies werkt?

Licht verstrooien met engelengeduld

Met behulp van speciale spiegeltjes wordt het licht naar het monster geleid. Het licht wat daar verstrooid wordt, kun je vervolgens per golflengte scheiden en interpreteren. De uitlijning van de spiegeltjes is allesbepalend voor de betrouwbaarheid van de meting.

Door de spiegeltjes te draaien, verander je de uitlijning in stapjes van een micrometer. Dat is een miljoenste van een meter. Ofwel 0,000 001 meter. En uitlijnen moet je. “Met engelengeduld en veel geëxperimenteer,” lacht Bram.

Minuscuul kleurenspectrum

Het licht vang je in een spectrometer. Deze buigt het licht van de verschillende golflengten af in verschillende richtingen en daarmee verschillende kleuren. Door de kleuren te analyseren krijg je informatie over de moleculen in het monster waarop je de laserpuls hebt afgeschoten.

Deze kleuren worden weer opgevangen door een camera. Op minuscule schaal met veel detail en precisie. Bram legt uit dat hij eigenlijk inzoomt op een heel klein deel van het zichtbare kleurenspectrum. “De verschillen die wij detecteren zou je met het blote oog nooit kunnen zien.” De naam van deze techniek? Ramanspectoscopie.

Het verhaal gaat hieronder verder.

Wat kun je met Ramanopstellingen?

Je kunt met Ramanspectroscopie van alles detecteren. Bram beschrijft twee toepassingen waar hij toekomst in ziet.

Miljarden haantjes geruimd

Denk eens aan de eierindustrie waarin alleen vrouwelijke kippen gewild zijn. “Er worden miljarden mannelijke kuikens per jaar geruimd. Dat is dier- en milieuonvriendelijk,” vertelt Bram.

Levens, afval en geld besparen

De enige oplossing die de legkipindustrie momenteel benut? Gaatjes in het ei prikken en de foetusvloeistof onderzoeken. Met Brams techniek kan de laser door de schil heen zoeken naar moleculen die in mannelijke of vrouwelijke hormonen zitten. “Een niet-invasieve manier om het geslacht te bepalen, want je loopt geen risico dat je het ei stukmaakt.”

Het mannelijke ei kan vervolgens weggehaald worden. Ver voordat het uitbroedt. Dat bespaart talloze kuikenlevens, tonnen afval en ook flink wat euro’s.

Antibioticaresistente bacteriën

Een ander voorbeeld. Bij bacteriële infecties geven huisartsen en ziekenhuizen vaak antibiotica. Het is momenteel een kwestie van ‘neem maar en we kijken of het aanslaat’. Er zijn talloze soorten antibiotica. Het verschilt per bacterie waar deze het beste op reageert. Bij gebruik van het verkeerde type antibioticum gaat de infectie niet over en loop je ook nog eens het risico dat bacteriën antibioticaresistent worden.

“Daardoor wordt het weer moeilijker om het juiste antibioticum te kiezen, waardoor weer meer mensen verkeerd behandeld worden en er steeds meer antibioticaresistente bacteriën ontstaan. Een vicieuze cirkel,” meent Bram.

Sneller zien wat werkt

Om uit die cirkel te stappen, moet je de bacterie in verschillende monsters met antibiotica plaatsen en testen waar het op reageert. Dat kan momenteel al, maar de gevestigde technieken kosten veel tijd en geld.

Met behulp van Ramanspectroscopie kun je binnen enkele uren zien welke antibiotica het beste werken. Zo krijgen mensen eerder de juiste behandeling en ontstaan er minder antibioticaresistente bacteriën. Verschillende onderzoeksgroepen zijn hier inmiddels al mee bezig.

Hoe creëer je een Ramanopstelling?

Speciale toepassingen – zoals buitenaards leven detecteren – vragen ook speciale Ramanopstellingen. En dat is geen sinecure. Bram heeft de afgelopen vijf jaar voor zijn toepassing het ontwerp bedacht, onderdelen besteld, de opstelling gebouwd, programma’s geschreven en getest.

“Om vervolgens alles uit elkaar te halen en opnieuw te beginnen met testen en bijstellen. Ook dat hoort erbij,” stelt Bram. Het doel? De meest betrouwbare resultaten krijgen en de Ramanopstelling efficiënter maken.

Het verhaal gaat hieronder verder.

Maatschappelijk probleem oplossen

Momenteel rond hij zijn onderzoek af. Hopelijk pakt een onderzoeksgroep zijn bevindingen op en kunnen zijn ideeën ooit mee de ruimte in op expedities naar Mars.

En Bram? Die gaat het liefst bij een bedrijf aan de slag waar hij zijn technische vaardigheden kan combineren met programmeren. “Ik wil graag bijdragen aan het oplossen van een maatschappelijk probleem.”

Met wie doe je onderzoek naar Ramanopstellingen?

Een Ramanopstelling bouw je niet alleen. Afhankelijk van de toepassing moet je de samenwerking opzoeken met slimmeriken in andere branches.

Samen sterker

Bram werkte samen met andere specialisten, vooral ook buiten zijn eigen groep laseronderzoekers. Denk aan geologie en moleculaire celfysiologie. “Voor mijn onderzoek moest ik bacteriën kweken en had ik bepaalde mineralen en gesteenten nodig.”

Hiervoor werkte hij onder andere samen met DLR Berlin, DLR Köln, de VU onderzoeksgroep moleculaire celfysiologie en de VU onderzoeksgroep Deep Earth & Planetary Science.

Blijven leren

Bram programmeert ook zelf. Hij wilde kunnen variëren in het moment en de duur van de meting. Dat moest eerst handmatig, maar door een programma in Python te schrijven kan de opstelling nu automatisch metingen uitvoeren terwijl Bram een kopje koffie drinkt.

“Ik had nooit eerder met Python gewerkt, maar gewoon doen, experimenteren en leren bespaart uiteindelijk veel tijd.”

voorop lopen in je vak

Wil jij aan de slag bij vooraanstaande hightech bedrijven? Kom werken bij koen. Je doet afwisselende projecten bij verschillende opdrachtgevers. Projecten van de toekomst die jou uitdagen. Gewoon vanuit een vast contract. Plus je krijgt volop opleidingsmogelijkheden. Bekijk de hightech vacatures of kom eens vrijblijvend kennismaken.