Sander Baas naast zijn NMR-apparaat. Foto Guy Ackermans NMR-spectroscopie zegt de gewone sterveling weinig. Mri-scans daarentegen des te meer. Beide technologieën maken gebruik van kernspinresonantie, oftewel nuclear magnetic resonance. Mri-scans laten het inwendige van de mens zien, NMR-spectra verklappen de bouw van een molecuul. Voor beide zijn peperdure apparaten nodig. Maar het kan ook goedkoper, laat Sander Baas zien.
Baas promoveert volgende week op een proefschrift met de titel DIY NMR. En dat is de spijker op zijn kop: hij laat zien dat je met huis-, tuin- en keukenmiddelen ook een NMR-apparaat kunt maken. Het prototype kost aan materiaal volgens Baas 1.500 tot 2.000 euro. Ter vergelijking: in het lab staat een ‘echte’ van een miljoen euro. Baas: ‘En dan moet je er iedere vier maanden nog voor een paar duizend euro vloeibaar helium ingieten om de magneet te koelen.’
Het is juist die magneet die een doorsnee NMR-apparaat zo duur maakt. Het NMR-signaal ontstaat door stoffen in een magnetisch veld te plaatsen en er vervolgens een radiopuls op los te laten. Het signaal dat de stof retour geeft, bevat informatie over de moleculaire structuur van de stof. Het van zichzelf zwakke signaal wordt sterker naarmate sterkere magneten worden gebruikt. ‘Een nogal onbenullige manier’, zegt Baas. ‘Het werkt wel, maar het is erg duur.’
Een kleinere spoel vergroot de gevoeligheid van de detectie
Sander Baas, onderzoeker BioNano Technology
Baas gooit het over een heel andere boeg. In de eerste plaats door miniaturisatie van de zogeheten probe, de spoel met het te onderzoeken monster, dat de radiopuls uitzendt en het retoursignaal oppikt. ‘Als je die spoel kleiner maakt, gaat de spanning van de puls die hij uitzendt (en daarna ontvangt) per eenheid van volume omhoog. Een kleinere spoel vergroot zo de gevoeligheid van de detectie.’
Zelf gemaakt
Bij een kleinere spoel heb je bovendien minder stof nodig. Baas: ‘Bij een normale NMR-meting gebruik je een buisje van 5 millimeter doorsnee met een inhoud van een halve milliliter. Ik gebruik buisjes van 0,8 tot 0,3 millimeter en een inhoud van 0,5 microliter tot 40 nanoliter. Dat scheelt een factor duizend tot tienduizend.’ De spoeltjes die Baas gebruikt, zijn met het blote oog dan ook nauwelijks zichtbaar.
Hij maakt de spoeltjes zelf, zoals vrijwel alles aan zijn NMR-apparaat eigenhandig is gemaakt. ‘Nee, dit is niet iets voor mensen met twee linkerhanden’, geeft hij toe. Tijdens zijn studie Moleculaire Levenswetenschappen bouwde hij die handigheid op. Voor zijn bachelorthesis bij BioNano Technology, de groep waar hij ook promoveert, maakte hij al kleine NMR-probes. Op stage in Leuven bekwaamde hij zich daar verder in.
Kleurstof
Naast het verkleinen van de probe vijzelde Baas de sterkte van het NMR-signaal zelf op door zogeheten hyperpolarisatie. Dat proces vindt plaats door een kleurstof aan het te onderzoeken monster toe te voegen. Opvallend licht brengt de kleurstof in een ‘aangeslagen’ toestand die interactie aangaat met het monster. Het resultaat daarvan is dat het NMR-signaal sterker wordt. ‘Dit heet hyperpolarisatie. Zo kun je je signaal tot wel duizend keer sterker maken.’
Het zou leuk en instructief zijn om zo’n apparaat als bouwpakket door studenten te laten maken
Sander Baas, onderzoeker BioNano Technology
Door verkleining en hyperpolaristie heeft het apparaat van Baas geen sterke magneet nodig. De NMR-meter heeft de afmetingen van een koffiezetapparaat. Op het lab staat-ie in een metalen kooi. Dat is niet anti-diefstal, maar om hem af te schermen tegen storende FM-radiozenders. Baas: ‘De radiopuls werkt rond de 90 MHz; FM-radio zendt tussen 87-108 MHz uit. Vandaar die kooi van Faraday eromheen.’
Baas heeft zijn apparaat bij gebrek aan een catchy naam de LF NMR genoemd. LF staat voor Low Field, omdat er geen sterk magnetisch veld nodig is. Zo gevoelig als de dure machines is-ie nog niet, alhoewel ook daaraan wordt gewerkt. ‘Maar dat soort scherpe spectra heb je ook niet altijd nodig’, zegt hij. ‘Zeker niet voor bijvoorbeeld een NMR-practicum. Het zou leuk en instructief zijn om zo’n apparaat als bouwpakket door studenten te laten maken.’
Markt
Plannen om ermee de markt op te gaan, zijn er evenwel niet. ‘Het is allemaal open science. Om er echt een product van te maken, moet je er nog wel veel aan bijschaven. Je moet ook wel íets van NMR weten om ermee aan de slag te kunnen. Er is meer voor nodig dan een monster plaatsen, een druk op de knop en er rolt een spectrum uit. Dit is meer bedoeld om te laten zien wat er allemaal kan zonder het gebruik van sterke magnetische velden.’
