Naar schatting zijn in het verkeer drie keer zoveel mensen onder invloed van drugs als van alcohol, zegt Casper van Oosten (30). Alleen is de politie nog niet in staat om net zo makkelijk een drugstest af te nemen als een blaastest voor alcohol. Er bestaan wel chips die op basis van wangslijmvlies op drugs kunnen testen, maar die kosten nog duizenden euro’s. Te duur om ze te gebruiken als equivalent van het wegwerpblaaspijpje.

Als dit soort diagnostische chips -ook wel ‘lab-on-a-chip’ genoemd- echter van plastic gemaakt kunnen worden, zou dat de situatie radicaal veranderen, denkt Van Oosten: “Plastic is goedkoop en eenvoudig in de verwerking. Bovendien is het beter afbreekbaar dan veel andere materialen”, zegt hij. Een diagnostische chip op basis van plastic is daardoor potentieel goedkoop genoeg voor eenmalig gebruik. Dat is belangrijk, aangezien je voor veel toepassingen zo’n chip niet wilt hergebruiken. Het is namelijk vrijwel onmogelijk om de chip, met al zijn microkanaaltjes, goed schoon te maken. En het zou vervelend zijn als je je rijbewijs kwijtraakt doordat er nog cocaïnesporen van de vorige gebruiker in de chip zijn achtergebleven.

De respons van een lichtgevoelige polymere film op het aanzetten van een lamp: het flapje krult op onder invloed van het licht.

Suiker
Toch is er al jaren een eenvoudige diagnostische wegwerpchip op de markt: met een glucosemeter kunnen suikerpatiënten hun bloedsuikerspiegel meten om te zien of ze al insuline moeten spuiten. Het apparaatje bestaat uit een herbruikbaar uitleesapparaatje, geschikt voor een papieren wegwerpchip waarop de patiënt een druppel bloed aanbrengt.

Voor ingewikkeldere toepassingen, zoals een drugstest of DNA-analyse, heb je op de diagnostische chip echter actieve componenten nodig, vertelt Van Oosten: “Je wilt kleppen tussen de vloeistofkanaaltjes op de chip open of dicht kunnen zetten. En je wilt ook de vloeistof van de ene plek naar de andere kunnen pompen, of twee vloeistoffen kunnen mengen.” Dat alles vindt letterlijk plaats op de vierkante millimeter: de kanaaltjes op de chip zijn niet veel dikker dan een mensenhaar. Traditioneel worden deze minicomponenten elektrisch aangedreven, en aangestuurd via elektroden. Deze metalen componenten zijn eigenlijk te duur, zegt Van Oosten. Hij onderzocht daarom plastic componenten die hij met licht aanstuurde, om zo de metalen elektroden achterwege te kunnen laten.

“We hebben moleculen gebruikt die van vorm veranderen als je er licht op schijnt”, vertelt Van Oosten. Deze lichtgevoelige moleculen heeft hij ingebouwd in polymeer gemaakt uit vloeibare kristallen. “Vloeibare kristallen zijn materialen waarin de moleculen zichzelf binnen een bepaald temperatuurbereik ordenen, net als in een kristal, maar dan met behoud van de vloeibaarheid. Hierdoor krijg je bijzondere optische en mechanische eigenschappen.” De bekendste toepassing is in de vorm van lcd-beeldschermen (lcd staat voor liquid crystal display).

Van Oosten gebruikte een vloeibaar kristal van staafvormige moleculen, die hij na het ordeningsproces als het ware invroor door de uiteinden van moleculen met elkaar te laten reageren. Hierdoor ontstaat een polymeer dat niet langer vloeibaar is, maar nog wel buigbaar. Als de lichtgevoelige moleculen in het polymeer aan licht worden blootgesteld, vervormen ze en dwingen de omliggende moleculen collectief mee te bewegen, waardoor het materiaal als geheel vervormt.

Met deze techniek maakte Van Oosten plastic flapjes die een asymmetrische draai-buigbeweging maken als je ze afwisselend met twee kleuren licht beschijnt. Het is hierbij de kunst om de staafvormige moleculen bij de productie in de juiste oriëntatie te brengen. “Dat was het lastigste onderdeel van mijn onderzoek”, zegt Van Oosten. “Maar er is gelukkig al veel over bekend, vooral door de ontwikkeling van lcd’s. We weten dat de ordening afhangt van de oppervlaktebehandeling die je gebruikt en van de exacte samenstelling van de moleculen. En je kunt de oriëntatie van de moleculen bijvoorbeeld ook met magneten of elektrische velden beïnvloeden.”

Kunstspieren
De beweging die Van Oosten de flapjes laat uitvoeren, lijkt erg op de beweging die zogeheten trilhaartjes maken: deze bevinden zich onder meer op de wand van de luchtpijp, waar ze slijm uit de longen verwijderen. Ook zijn bepaalde eencellige dieren aan de buitenkant voorzien van trilhaartjes, die ze gebruiken om zich door het water voort te bewegen. Ideaal dus om vloeistoffen door de microkanaaltjes van een diagnostische chip te pompen, en dat was dan ook de motivatie voor Van Oosten om met dit systeem aan de slag te gaan.

In het vakgebied van MEMS (MicroElectroMechanical Systems), waaronder zijn onderzoek valt, wordt veel inspiratie opgedaan in de natuur. Ook Van Oosten kan daar erg enthousiast van worden. “We houden ons bezig met materialen die van vorm kunnen veranderen. De natuur zit daar vol mee. Denk aan zonnebloemen die zich gedurende de dag naar het licht draaien. Wat zou het mooi zijn als een zonnepaneel dat uit zichzelf zou doen. Of spieren: als we die weten na te maken, kunnen we daar fantastische machines mee bouwen.” Die machines zouden nog wel eens verrassend zuinig kunnen zijn: de mens krijgt dagelijks nog geen kilowattuur aan energie via voedsel binnen, wat betekent dat je bij de huidige energieprijzen voor minder dan twintig eurocent per dag klaar bent. Wat dat betreft lijken kunstmatige spieren zeker potentie te hebben.

Ondernemer
Al tijdens de laatste fase van zijn promotie richtte Van Oosten zich op een commercieel avontuur: hij is medeoprichter van het bedrijf Peer+, dat bezig is met de ontwikkeling van Smart Energy Glass. Dit glas kan in drie standen worden geschakeld: licht, donker en troebel (de ondoorzichtige ‘privacy’-stand), zodat de hoeveelheid zonlicht die in bijvoorbeeld een kantoorgebouw binnenkomt, kan worden geregeld. Een deel van het geabsorbeerde licht wordt omgezet in elektriciteit. “Zo kun je gewoon bij daglicht werken, zonder dat je de volle zon op je beeldscherm hebt staan. Bovendien voorkomt Smart Energy Glass dat het gebouw ’s zomers te warm wordt. Het is een ruit, zonwering en zonnepaneel ineen.” Het eerste idee voor dit concept kwam van een collega binnen de groep Polymeertechnologie. “Omdat ik in de afgelopen vier jaar veel heb geleerd over de interactie van materialen met licht is dit maar een kleine technische stap.”

Het bedrijfje maakte een veelbelovende start: Peer+ kreeg deze zomer van technologiestichting STW een Valorisation Grant van 25.000 euro en viel ook al in de prijzen bij New Venture. Van Oosten trad voor een dag per week uit dienst als aio om tijd te maken voor zijn onderneming en huurt nu een kamer voor ‘entrepreneurs’ in het Helixgebouw. Smart Energy Glass is nog niet uitontwikkeld, maar Van Oosten ziet de toekomst zonnig tegemoet: “Het moet lukken om het product in 2011 op de markt te krijgen.”/.

De respons van een lichtgevoelige polymere film op het aanzetten van een lamp: het flapje krult op onder invloed van het licht.