Chip voor het meten van gassporen (handig voor de dokter)

Een minieme hoeveelheid gas kan belangrijke informatie geven over de toestand van een organisme, of dat nu een groeiende plant is, een appel in een pakhuis, een bacterie of een patiënt in de operatiekamer. De Life Science Trace Gas Facility van de Radboud Universiteit Nijmegen is gespecialiseerd in het detecteren van dergelijke gassporen – één gasmolecuul tussen een biljard andere is geen probleem. Wel lastig is dat daar grote apparaten voor nodig zijn, dus zoekt de groep naar manieren om de apparaten drastisch te verkleinen.

Meten met licht

Denis Arslanov deed promotieonderzoek naar een specifieke meettechnologie genaamd OPO (Optische Parametrische Oscillator). OPO werkt met behulp van licht: gasmoleculen kunnen licht van bepaalde golflengtes absorberen. Door te meten hoeveel (laser)licht een gas absorbeert, meet je de concentratie van dat gas. OPO maakt gebruik van zeer specifieke golflengtes die vallen binnen een bepaalde range (de ‘fingerprint region’). Dit licht is door gasmoleculen gemakkelijk te absorberen, wat de moleculen nog beter zichtbaar maakt en de metingen dus uiterst precies. De techniek is ook goed te miniaturiseren en brengt het chipformaat in zicht. En dat is handig, want er zijn steeds meer toepassingen van het meten van zeer kleine beetjes gas.

Primeur: ethyleen in de operatiekamer

Momenteel gebruikt Arslanov’s promotor, dr. Simona Cristescu, gassporendetectie in Londense operatiekamers. Zij meet daar de hoeveelheid ethyleengas die patiënten uitademen tijdens een openhartoperatie. De studie is de eerste in zijn soort. Cristescu doet haar metingen tijdens verschillende (open)hartoperaties in het Harefield Hospital in Hillingdon, Noordwest Londen, wereldwijd een van de grootste en meest ervaren centra voor hart- en longtransplantaties. Het real time meten van de ethyleenconcentratie in door patiënten uitgeademde lucht geeft kwantitatieve informatie over de hoeveelheid schade die verschillende chirurgische acties veroorzaken in weefsels. Dat geeft belangrijke informatie tijdens de operatie, maar bijvoorbeeld ook over de best passende postoperatieve behandeling. De ethyleenconcentratie is daarmee een mogelijke nieuwe indicator van het patiëntenwelzijn, naast bijvoorbeeld de hartslag en de bloeddruk. De detector die Cristescu in London gebruikt, vindt driehonderd ethyleenmoleculen binnen een triljoen andere moleculen. En dat binnen vijf seconden.

Ethyleen is marker van gezondheidstoestand

Ethyleen is een gasmolecuul dat lokaal in het lichaam wordt geproduceerd wanneer vrije radicalen de vetmoleculen op celmembranen aanvallen (zogenoemde oxidatieve stress). Dat gebeurt bijvoorbeeld tijdens UV-straling, long- en huidaandoeningen, hartfalen en dus ook tijdens operaties wanneer cellen en weefsels beschadigd raken. Het bloed vervoert de ethyleenmoleculen naar de longen, waar ze vrijkomen in de adem. De ethyleenuitstoot laat zien hoe de patiënt op cel- en weefselschade reageert.

Aangezien ethyleen een bijproduct is van veel verschillende aandoeningen, is de ethyleenconcentratie in de uitademing een algemene indicator van de gezondheid. Cristescu wil de mogelijkheden van ethyleenmetingen daarom nog verder onderzoeken. Met een teststudie gaat ze bekijken of met behulp van ethyleenmetingen de diepte en ernst van brandwonden bepaald kan worden. Daar was tot nu toe geen duidelijke indicator voor. Ook test-ethyleenmetingen bij patiënten met sepsis (bloedvergiftiging) staan in de planning.

Daarvoor hoeft Cristescu niet steeds naar London. Ze werkt ook samen met UMC St Radboud, het UMC Utrecht en het Erasmus MC. Een chip op basis van de OPO-techniek van promovendus Arslanov zal het gebruik van gassporendetectie nog makkelijker maken.

Iris Kruijen

Lees meer over ‘4,2 miljoen voor sporengasdetector’

Lees meer over ‘Diagnose in een zucht’

Het Nijmeegse bedrijf Sensor Sense biedt oplossingen voor gasspoordetectie