Zeg het woord ‘elektronica’ en veel mensen denken onwillekeurig aan een grote groene printplaat vol met elektronische componentjes. In de toekomst moet dat beeld echter drastisch worden bijgesteld. Technologische ontwikkelingen maken het mogelijk dat elektronica steeds meer in gebruiksvoorwerpen wordt geïntegreerd. Zoals flexibele beeldschermen of sensoren in kleding om belangrijke lichaamsfuncties in de gaten te houden. Of een bolvormige CCD-sensor die kan dienen als prothese voor het netvlies in het oog.
Een belangrijke voorwaarde bij deze voorbeelden is dat ze vanwege hun functie niet alleen buigzaam maar ook oprekbaar moeten zijn. Voor sommige toepassingen tot wel twee keer de normale lengte. Lastig, want elektronica bevat in het algemeen geleidende banen van metaal. En metaal kun je maar zo’n één procent oprekken zonder dat het permanent vervormt. “De truc die tot nu toe wordt onderzocht is het metaalspoor de vorm van een veer te geven”, vertelt dr.ir. Johan Hoefnagels van de faculteit Werktuigbouwkunde. “Hierbij rekt de metaaldraad niet op, maar verbuigt hij.” Dit gaat in principe goed, totdat de twee materialen ergens loslaten en de spanningen zich vervolgens op die plaats concentreren. “De hechting tussen de metaalspoortjes en de polymerenmatrix is misschien wel de grootste bottleneck voor uitrekbare elektronica.”
Verankeren
Met de Veni-subsidie op zak gaat Hoefnagels zich daarom richten op de vraag hoe je een laagje metaal beter in een polymeer kunt verankeren. Dat kan op microniveau door het aanbrengen van slimme structuren. In het platte vlak, maar ook in drie dimensies. Met een soort weerhaakjes bijvoorbeeld. Hoefnagels: “Je kunt de hechting van twee materialen prima op chemische wijze verbeteren. Nadeel is dat je dat voor elke combinatie van materialen moet herhalen. Door de verankering op een mechanische manier op te lossen, heb je een methode die veel algemener toepasbaar is.”
Voor het experimentele gedeelte van zijn onderzoek bouwt Hoefnagels een meetapparaat dat een proefstuk (een dun vlies van polymeer met daarin ingebed de te testen metaalspoortjes) met behulp van vloeistofdruk vervormt. Het hele proces van vervorming wordt continu van bovenaf met een microscoop gefilmd. Het apparaat meet de rekken en spanningen in de metaalspoortjes die in verschillende richtingen optreden, maar ook de vervormingen uit het vlak. Hoefnagels deed hiermee al ervaring op tijdens een verblijf aan de Amerikaanse Harvard-universiteit.
Resultaten van de huidige experimenten, gecombineerd met simulaties van deze structuren, moeten de universitaire docent meer inzicht opleveren. Met steeds slimmere structuren wordt vervolgens de cyclus van experimenteren en simuleren herhaald. Het ultieme einddoel: betaalbare metaalspoortjes die effectief een uitstekende hechting opleveren.
Voor de verankering van het metaalspoortje in het polymeer zijn verschillende structuren mogelijk. Hier een tweetal tweedimensionale opties.
Het meetapparaat vervormt een proefstuk met behulp van vloeistofdruk. Een microscoop filmt het hele proces continu van bovenaf.
Vervangende hartkleppen
Stom toevallig bewoont de tweede ontvanger van een Veni-subsidie in W-hoog de kamer naast Hoefnagels. Dr. Anita Mol werkt aan de faculteit Biomedische Technologie aan de vervanging van menselijke hartkleppen. In het menselijke hart zorgen die er voor dat bloed dat het lichaam in wordt gepompt, niet terug het hart in kan stromen. Functioneert een hartklep niet meer optimaal - hij gaat niet meer helemaal open of dicht - dan krijgt het lichaam te weinig zuurstof aangevoerd. Bij een mens treedt dan zware vermoeidheid op. “Na een tijdje gaat het hart dit manco uit zichzelf compenseren met extra spierweefsel”, legt Mol uit. “Maar daarbij ontstaat wel een groter risico op hartfalen.”
Ter vervanging van slecht functionerende hartkleppen kunnen tegenwoordig kunstkleppen worden ingebracht. Deze zijn echter gemaakt van kunststof of dode menselijke cellen. Voor kinderen is een groot nadeel dat de kunstklep niet met het lichaam meegroeit. Mol: “Tijdens de groei moet het kind daarom een aantal keren onder het mes. Dat zijn risicovolle operaties.” Het zou daarom ideaal zijn uit levende cellen van de patiënt een hartklep te kweken. Dan is slechts één ingreep nodig want de klep groeit vervolgens mee met het kind. Ook voor volwassenen zou het beter zijn vervangende hartkleppen uit levend materiaal te maken. Raakt een klep beschadigd, dan kan hij zichzelf herstellen door nieuwe cellen te laten groeien.
In het laboratorium is universitair docent Mol al een tijdje bezig met het kweken van hartkleppen. De eerste stap is het verkrijgen van voldoende geschikte cellen. Die komen beschikbaar na operaties. Het gaat om bloedvaten van een menselijk been die overblijven na een ingreep. Ze worden met toestemming van de patiënt gebruikt. Na opkweken van de cellen bij lichaamstemperatuur en met behulp van voeding worden de cellen in een gel aangebracht op een stugge, poreuze en afbreekbare structuur (de zogeheten ‘scaffold’). Hier delen de cellen zich verder en maken ze weefsel. Na verloop van tijd neemt het weefsel de plaats in van het poreuze platform. De hartklep is klaar en zou operatief kunnen worden ingebracht.
Matrix
Het scenario is dus bekend, maar de precieze, ideale samenstelling van de gekweekte hartklep nog niet. Dat wil Mol met de Veni-subsidie achterhalen. “De cellen in een menselijke hartklep liggen in een matrix van verschillende eiwitten. De belangrijkste daarvan is collageen. Dat geeft de hartklep zijn sterkte”, legt ze uit. “Maar we komen er steeds meer achter dat voor de elasticiteit het eiwit elastine onmisbaar is. Zit dat er te weinig in, dan gaat de klep na een hoge belasting uitlubberen.” Het is bekend dat het lichaam zelf elastine kan aanmaken. Mol wil graag weten op welke wijze het lichaam daartoe wordt aangezet. Is dat eenmaal bekend, dan kan ze dat in het lab gaan nadoen. Geen eenvoudige klus, want daarbij zijn verschillende soorten stimulansen mogelijk. Mechanische, maar ook biochemische, zoals het toedienen van vitamines en hormonen. Mol: “Hiermee kunnen we onze cellen op een strak trainingsschema zetten.”/.
|
Cursor als PDF
)
