De laatste jaren komt de technologie beschikbaar om lichaamsvloeistoffen, zoals bloed of speeksel, snel ter plekke te analyseren. Hiervoor worden complete minilaboratoria ontwikkeld, zo klein dat ze op een chip passen. ‘Lab-on-a-chip’ is een veelgebezigde term voor deze biosensoren. Een bekend voorbeeld van zo’n biosensor op een chip is de glucosemeter waarmee suikerpatiënten met een vingerprik binnen een paar seconden kunnen zien of ze al insuline moeten spuiten.
Dat de glucosemeter al een tijdje op de markt is, komt vooral door het gemak waarmee je het suikergehalte kunt meten, zegt An Prenen (27). “Er zit best veel glucose in je bloed, dus is het relatief eenvoudig om het te detecteren.” Helaas geldt dat niet voor bijvoorbeeld troponine, een stofje dat een indicator is van een hartaanval omdat het vrijkomt bij het afsterven van hartcellen. Door de lage concentratie van deze stof in het bloed heb je een veel gevoeligere biosensor nodig om bij hartproblemen tot een diagnose te komen.
Daarom wordt hard gewerkt aan biosensoren die ook stoffen in lage concentratie kunnen detecteren. Bij de nieuwste generatie biosensoren worden minieme bloed- en speekselmonsters door microscopische kanaaltjes op de lab-on-a-chip geleid en daar gezuiverd, gemengd en chemisch behandeld. De sensoren zijn voorzien van allerlei membranen: halfdoorlaatbare vliesjes. Deze kunnen dienst doen als filters om de vloeistof te ontdoen van ongewenste elementen, maar ze kunnen ook fungeren als vergaarplek voor de stof die je wilt aantonen - zoals troponine bij een vermoedelijke hartaanval of sporen van cocaïne bij een drugstest.
Elke toepassing vraagt om een membraan voorzien van poriën met een specifieke doorsnede. Om rode bloedcellen uit het bloed filteren, bijvoorbeeld, neem je een membraan met poriën waar deze cellen net niet doorheen passen. Om de weerstand voor de vloeistof zo klein mogelijk te houden, wil je de poriën niet kleiner maken dan strikt noodzakelijk. Bij commercieel beschikbare membranen schort het daar vaak juist aan: zij bevatten poriën van uiteenlopende grootte, waardoor je nooit de optimale combinatie van selectiviteit en weerstand hebt.
In de groep Polymers in Information and Communication Technology (faculteit Scheikundige Technologie) heeft Prenen daarom kunststof membranen gemaakt met poriën die allemaal precies even groot zijn. Ze maakte daarbij gebruik van een handige eigenschap van het polymeer SU8. Met laserlicht kun je in dit transparante materiaal een patroon vastleggen: alleen de plekken die worden belicht harden uit, waarna het onbelichte materiaal eenvoudig is weg te spoelen.
Als je twee bundels laserlicht over elkaar heen legt, ontstaat een zogeheten interferentiepatroon: een patroon van afwisselend lichte en donkere lijnen. Dit patroon legde Prenen in een dunne laag polymeer vast. Door na enige tijd de laserbundels over een bepaalde hoek te draaien, maakte ze een membraan met een regelmatig gatenpatroon, waarvan de precieze vorm en afmetingen van de poriën eenvoudig aangepast kunnen worden door met de oriëntatie van de laserbundels te spelen.
Het zo verkregen membraan is bijzonder regelmatig en heeft bovendien de juiste afmetingen voor toepassing in een biosensor: Prenen maakte membranen met poriegroottes tussen 0,1 en 5 micrometer (ter vergelijking: een mensenhaar is zo’n vijftig micrometer dik). Nog een voordeel: uit het gebruikte polymeer SU8 kun je meteen ook de wanden van de microkanaaltjes maken waar het membraan als filter in komt. Dat betekent dat de kanaalwand en het membraan lekvrij op elkaar aansluiten, iets wat volgens Prenen lastig voor elkaar te krijgen is als je een los membraan moet plaatsen. “We hebben het over kanaaltjes van vijftig tot honderd micrometer in doorsnede. Dan moet je de membranen op maat knippen en dan in het kanaal plakken en hopen dat het niet lekt. Dat is best lastig.”
In microfilters blijft uiteraard ‘vuil’ hangen -inherent aan filters- en het filter raakt daardoor snel verstopt. Om verstopping zoveel mogelijk te voorkomen, maakte Prenen poriën met een langwerpige doorsnede. “Bolvormige deeltjes die daar niet doorheen passen, blokkeren dan niet meteen de hele opening: ernaast is nog ruimte voor de vloeistof om er langs te stromen.”

De membranen van Prenen kunnen ook worden gebruikt om specifieke moleculen -bijvoorbeeld drugs bij een drugtest- in te vangen. Daarvoor wordt het membraan voorzien van receptoreiwitten die specifiek binden aan de gezochte moleculen. Prenen werkte samen met mensen van Philips -waar veel aan biosensoren wordt gewerkt-, die voor haar onderzochten of haar membranen geschikt zijn om receptormoleculen op te plaatsen. Dat werkte boven verwachting: “We dachten dat we een speciale coating moesten aanbrengen op ons membraan, maar zonder de coating bleven er net zoveel eiwitten zitten.” Een sensor met de vereiste gevoeligheid heeft de samenwerking met Philips echter nog niet opgeleverd, daarvoor is nog vervolgonderzoek nodig, aldus Prenen. (TJ)/.