Je zou het niet zeggen als je een glaasje water drinkt, maar glas is eigenlijk best zuur. De reden dat je het niet proeft, is dat in een glas water heel veel water zit ten opzichte van het glas. Gooi je die verhouding om, dan wordt het anders. De meetapparatuur van promovendus Jos Quist, bijvoorbeeld, bestaat uit flinterdunne buisjes in een glazen schijf.
Het dunste buisje is vijftig nanometer dik. Ter vergelijking: een menselijke haar heeft een dikte van grofweg honderdduizend nanometer. In dat minieme gootje, alleen zichtbaar als je de schijf op precies de juiste manier in het licht houdt, zit naar verhouding zo weinig water dat het glas behoorlijk wat protonen afscheidt – dat is wat ‘zuur’ zuur maakt, chemisch gesproken.
Op het eerste gezicht lijkt dat een vervelende eigenschap van glas: meetapparatuur die de samenstelling van hetgeen waaraan je wilt meten verandert, is onhandig. Quist en zijn collega’s van de groep Analytical Biosciences, verbonden aan het Leiden/Amsterdam Center for Drug Research, wisten het fenomeen echter slim te gebruiken om een bestaande meetmethode te vereenvoudigen. Hij haalde er de omslag van het vakblad Analytical Chemistry mee.
Quists collega Paul Vulto legt het uit. Isotachoforese is een truc die gebruik maakt van verschillen in lading en grootte binnen een te meten monster. Specifiek voor deze techniek is dat hij de stoffen niet alleen scheidt, maar ook concentreert, en dat zorgt er dan weer voor dat een onderzoeker in principe al met hele kleine hoeveelheden monster kan werken. ‘Het is in principe een bekende techniek. Het is echter moeilijk te doen, en daarom wordt het maar beperkt ingezet.’
Eén van de problemen is dat de onderzoeker twee verschillende zoutoplossingen moet gebruiken. Dat wordt een enorm gepriegel, met name als je met hele kleine hoeveelheden wil werken, en dat was nou net wat je zo graag wilde.
De oplossing zit hem in dat glazen nanokanaaltje. Doordat het glas al die protonen afstaat, raakt het negatief geladen. Quist: ‘Daardoor gaat het nanokanaal als filter werken wanneer we er een elektrisch stroompje doorheen laten lopen. Het houdt negatieve ionen tegen die naar de pluspool willen reizen, terwijl het vanaf de pluspool positieve ionen wegsluist.’ Daardoor ontstaat bij de pluspool een ionenarm gebied. Een depletion zone, noemen de Leidenaars dat.
Die zone functioneert als het tweede van de twee zoutoplossingen die je nodig had voor de isotachoforese. Een onderzoeker die de methode wil toepassen, hoeft dankzij de Leidse aanpak minder stappen te doorlopen. ‘Door nanotechnologie toe te passen hebben we iets makkelijker gemaakt. Da’s eigenlijk heel bijzonder, want meestal maak je met nanotech dingen alleen maar moeilijker’, grapt Quists co-auteur Kjeld Janssen. ‘De belangrijkste andere onderzoeksgroepen die hieraan werken, zitten in Stanford en het MIT in Boston. Daar slaan ze zichzelf nu voor de kop dat zij het niet hebben gezien. Stanford weet het meeste van isotachoforese en ook het meeste over nanokanalen, maar ze zijn nooit op het idee gekomen om de twee te combineren.’
De eenvoudiger methode opent de weg naar allerlei toepassingen, legt Vulto uit. ‘We denken met name aan apparaatjes die je in de hand kunt houden. Een verpleegkundige die vaststelt welke aminozuren er in een monster van een patiënt zitten. Waterkwaliteit meten. Drugstesten ingebouwd in wc’s, vraagt u? Dat kan ook. Het zijn allemaal dingen die hier omheen gebouwd kunnen worden.’
Een andere mogelijkheid is om juist heel veel van de kleine meetapparaten naast elkaar te zetten. Dat maakt het mogelijk om razendsnel van allerlei verschillende stoffen te bepalen of ze potentie hebben als medicijn. Ook zou je er alle stoffen die iets of iemand aanmaakt mee kunnen meten: zogeheten metabolomics.
De ontwikkeling van zulke toepassingen wordt een taak voor Vulto: hij is niet alleen aangenomen als postdoc, maar ook als business developer. ‘Dit is heel erg leuk onderzoek, maar er moet ook gekeken worden naar de commerciële kant van het verhaal.’
‘Leiden is heel langzaam geweest bij het oppakken van het onderzoek aan hele kleine hoeveelheden vloeistoffen’, vervolgt hij. ‘Maar de applicatie ligt hier, in de bio-wetenschappen, bij het Leids Universitair Medisch Centrum, of de bedrijven hier. Wij gaan leidend worden, niet omdat we technologisch zo goed zijn, maar omdat wij de juiste vragen kunnen stellen – en beantwoorden.’