Bacterién repareren betonschade en vier andere onderzoeksprojecten op weg naar de commercie

Vijf onderzoeksprojecten die kunnen leiden tot commercieel succesvolle producten krijgen van Technologiestichting STW een startpremie. STW trekt in totaal 715.086 euro uit voor de projecten. Met die bijdrage kunnen de betrokken onderzoekers een demonstratiemodel voor de industrie ontwikkelen.

De gehonoreerde projecten richten zich op een vloeibaar middel dat betonschade repareert, een computerbril voor topsporters, een nieuwe test die het succes van borstkankerbehandeling kan voorspellen, een onkraakbaar beveiligingssysteem en een manier om protontherapie efficiënter te maken.

Demonstrator

Voor de derde maal honoreert STW projectvoorstellen voor het programma Demonstrator. De gehonoreerde voorstellen zijn als beste beoordeeld tijdens een zorgvuldige selectieprocedure. In totaal trekt STW 715.086 euro uit voor de gehonoreerde projectvoorstellen.

Met die subsidie krijgen wetenschappers de kans om resultaten uit hun onderzoek gereed te maken voor de markt. Ze kunnen dankzij de financiering een demonstratiemodel ontwikkelen om aan te tonen dat de technologie die ze hebben ontwikkeld goed werkt. Het demonstratiemodel kan vervolgens helpen om de interesse te wekken van bedrijven die in de techniek kunnen investeren. 

Kip-en-ei-probleem

"Het Demonstrator-programma biedt een uitweg voor het kip-en-ei-probleem waar veel onderzoekers tegenaan lopen", zegt Monique Wiegel, die het Demonstrator-programma coördineert. "Onderzoekers willen graag bedrijven betrekken bij de ontwikkeling van technologie naar een product. Maar voordat bedrijven investeren, willen ze vaak eerst een demonstratiemodel zien dat het unieke verkoopargument van die techniek toont. Het ontbreekt veel onderzoekers echter aan financiële middelen om zo’n model te ontwikkelen, omdat ze nog geen investering binnen hebben.’

Een groeiende groep wetenschappers probeert met behulp van Demonstrator die financieringskloof te dichten. Voor de volgende ronde van Demonstrator verwacht STW dan ook nog meer projectvoorstellen. Wiegel: "Het aantal voorstellen dat we ontvangen, stijgt bij iedere ronde." 

Gehonoreerde projecten

SmartView Through Glass

Hoofdaanvrager: dr. Mathijs Hofmijster (Hogeschool van Amsterdam, Vrije Universiteit Amsterdam)

Sporters horen meestal pas na afloop van een wedstrijd of training hoe ze precies hebben gepresteerd. Volgens bewegingswetenschapper Mathijs Hofmijster hebben sporters veel meer baat bij directe feedback, die tijdens de prestatie zelf aan he of haar wordt doorgegeven. Met het softwareplatform SmartView through Glass moet dat mogelijk zijn.

Hofmijster wil in zijn Demonstrator-project een systeem ontwikkelen dat de bewegingen, uitgeoefende krachten en fysiologische processen bij sporters meet. Het systeem moet die complexe data vervolgens analyseren en omvormen tot gegevens die voor de sporter eenvoudig te interpreteren zijn. De sporter krijgt die gegevens te zien op een projectiebril, bijvoorbeeld Google Glass.

In eerste instantie gaat Hofmijster een softwareplatform ontwikkelen voor de Olympische sporten roeien, schaatsen en paardrijden. In de toekomst kan voor andere sporten eenvoudig een aangepaste versie worden ontworpen.

Bio-based liquid repair system for durable repair of cracked concrete structures

Hoofdaanvrager: dr. Henk Jonkers (Technische Universiteit Delft)

Door de hulp van bacteriën in te schakelen is schade aan verouderd beton wellicht verrassend eenvoudig te repareren. Onderzoeker Henk Jonkers ontwikkelde met zijn collega Virginie Wiktor een manier om bacteriën kalksteen te laten produceren in beton. Het biologische reparatiesysteem bestaat in feite uit twee vloeistoffen die op het beschadigde beton worden gespoten. De eerste vloeistof bevat de kalksteenproducerende bacteriën, voedingsstoffen en een pH-buffer. De tweede vloeistof bestaat uit organische calciumverbindingen en anorganische voedingsstoffen.

Als de eerste vloeistof op beton wordt gespoten, trekt die in de scheuren en poreuze oppervlakken van het beton. Nadat de tweede vloeistof is toegevoegd wordt de absorptie versterkt en vormen de beide vloeistoffen een viskeuze gelei die de scheuren afsluit. Vervolgens gaan de bacteriën aan het werk. Zij produceren volop calciumcarbonaat en vullen daarmee de betonschade op.

Met de Demonstrator-subsidie gaat het team van Jonkers een volwaardig demonstratiemodel van dit systeem ontwikkelen. Dat model moet potentiële gebruikers, zoals bouwbedrijven, betonreparatiebedrijven en consultancybureaus, interesseren voor de techniek.

Optical imaging for treatment plan verification in particle therapy

Hoofdaanvrager: prof.dr. Sytze Brandenburg (Rijksuniversiteit Groningen)

Fysicus Sytze Brandenburg gaat in zijn Demonstrator-project een apparaat ontwikkelen waarmee artsen een radiotherapiebehandeling met protonenbundels in één keer driedimensionaal kunnen controleren. Nu zijn artsen nog genoodzaakt om dat te doen met een groot aantal tweedimensionale metingen, wat zeer veel tijd kost. 

Protontherapie is een radiotherapiebehandeling van tumoren waarbij protonenbundels in het tumorweefsel worden geschoten. De protonen beschadigen het tumorweefsel en zijn zeer nauwkeurig te richten, zodat dat het omringende gezonde weefsel veel minder schade oploopt dan bij andere behandelingen. Tijdens zo’n behandeling worden vele duizenden protonenbundels gebruikt. De bundels  hebben verschillende energieën, waardoor ze dieper of minder diep doordringen in het tumorweefsel.

Vooraf maken artsen een ‘bestralingsplan’ waarin ze exact vastleggen hoeveel protonenbundels op iedere plek van de tumor worden afgevuurd, en welke energie die bundels meekrijgen. Vervolgens controleert een klinisch-fysicus of de bundels daadwerkelijk de gewenste plekken zullen bereiken. De controle vindt plaats door de protonbundels volgens het bestralingsplan af te vuren in een waterbak. De bak bevat op een bepaalde diepte een stralingsgevoelige detector, die het stralingspatroon op die diepte vastlegt. Deze meting moet op een groot aantal diepten, meestal iedere centimeter, opnieuw worden uitgevoerd om een driedimensionaal beeld te krijgen.

Brandenburg wil nu een nieuwe variant van die waterbak ontwikkelen waarmee in één keer een driedimensionaal beeld van het stralingspatroon te maken is. De praktische bruikbaarheid van de methode zal met het prototype worden getest in klinieken die gespecialiseerd zijn in protontherapie.

Biomarker validation for breast cancer treatment selection

Hoofdaanvrager: dr. Wilbert Zwart (Antoni van Leeuwenhoek)

Jaarlijks krijgen ongeveer 1,4 miljoen vrouwen wereldwijd de diagnose borstkanker. Helaas slaat de reguliere behandeling niet bij alle vrouwen aan. Dr. Wilbert Zwart, verbonden aan het kankerinstituut Antoni van Leeuwenhoek, wil een genetische test ontwikkelen die voorspelt of de reguliere behandeling zinvol is, of dat artsen meteen een andere behandeling moeten inzetten.

Bij driekwart van de borstkankergevallen hangt de tumorgroei sterk af van de activiteit van hormoonbindende eiwitten in de tumorcellen. Een hormoontherapie die de activiteit van die eiwitten onderdrukt, is al jaren een gangbare behandelmethode. De hormoontherapie blijkt echter niet bij  alle vrouwen te werken. Wanneer te voorspellen zou zijn welke hormonale therapie de beste keuze is voor een bepaalde patiënt, kan de tumor op maat worden bestreden.

Zwart heeft de afgelopen jaren specifieke gebieden op het DNA van de tumorcel geïdentificeerd waarmee gevoeligheid voor hormonale therapie te voorspellen is. Die ontdekking is op dit moment nog niet genoeg ontwikkeld voor een klinische toepassing. In zijn Demonstrator-project wil Zwart de betrokken genen nog specifieker lokaliseren, en daarmee de methode dichter bij een klinische en commerciële toepassing brengen.

A Quantum-Secure Authentication Device

Hoofdaanvrager: dr. Pepijn Pinkse (Universiteit Twente)

Door gebruik te maken van de bizarre wetten van de kwantumfysica moet het mogelijk zijn om een onkraakbaar beveiligingssysteem te ontwikkelen, bijvoorbeeld voor bankpasjes. Prof.dr. Pepijn Pinkse ontwikkelde samen met collega’s van de Universiteit Twente en de Technische Universiteit Eindhoven een methode waarmee dat moet lukken. De methode gaat uit van het gegeven dat lichtdeeltjes (fotonen) zich tegelijkertijd op meer plekken kunnen bevinden.

In het plan van Pinkse wordt een pasje uitgerust met een flinterdun laagje droge witte verf dat vele miljoenen nanodeeltjes bevat. Wanneer je een lichtdeeltje de verf in stuurt zal het, als in een flipperkast, tussen de nanodeeltjes ‘doorstuiteren’ tot het ontsnapt. Als een bank een ingewikkeld uniek patroon van lichtstipjes de verf in stuurt, kun je vervolgens aan het oppervlak een nieuw uniek patroon van ontsnappende lichtdeeltjes detecteren. Alleen als dat stipjespatroon klopt, keurt de bank het pasje goed.

Aangezien een foton zich op meerdere plekken tegelijk kan bevinden, is het mogelijk een patroon de verf in te sturen dat minder fotonen heeft dan lichtstipjes. Doordat er te weinig fotonen zijn, kan een aanvaller niet meer het hele patroon opmeten, en weet hij dus niet welke ‘beveiligingsvraag’ de bank stelt. Hij heeft dus ook geen idee wat hij terug moet sturen als ‘antwoord’, terwijl de bank zelfs met één foton het antwoord al kan controleren.

De beveiligingsmethode is volgens Pinkse geschikt is voor onder meer (overheids)gebouwen, bankpassen, creditcards, identiteitsbewijzen en auto’s. Dankzij het Demonstrator-programma kunnen Pinkse en collega’s nu een draagbaar demonstratiemodel en een animatiefilm over de gebruikte methode ontwikkelen. Daarmee hopen de onderzoekers commerciële partners aan zich te binden die de techniek op de markt brengen.