Eerste WUR Engineering Doctor ontwikkelt vis-sensor

Net als de andere technische universiteiten heeft WUR gekozen voor een Engineering Doctorate (EngD), omdat het een mooie aanvulling is op de gangbare promotie-trajecten. Waar de PhD-promoties zich richten op vernieuwend onderzoek, richt de EngD zich op technologische ontwerpen voor industrie en maatschappij. Bram Kok, de eerste EngD-kandidaat van WUR, heeft een sensor ontwikkeld die ‘in de vis’ kan kijken.

Kok studeerde Technische Natuurkunde in Twente. Aan het einde van zijn masterthesis werd hij door zijn begeleiders op het spoor gezet van een EngD-traject in Wageningen. “Ze zochten hier mensen voor de ontwikkeling van sensortechniek. Dat leek me wel leuk. Zo’n EngD bestaat uit een jaar onderwijs en een jaar ontwerpen. Dat sprak me aan.”

Waar een promotietraject 4 jaar duurt, duurt een ontwerptraject 2 jaar. WUR heeft op dit moment 15 EngD-kandidaten. WUR wil toe naar een jaarlijkse instroom van 10-20 ontwerpingenieurs. Ze worden meestal gefinancierd door WUR en de opdrachtgever die als medefinancier optreedt. Dat kan een onderzoeksinstituut, bedrijf of overheidsinstelling zijn.

Vis

Het ‘visproject’ betreft de ontwikkeling van sensoren voor onderzoek naar aquatische organismen. Het is onderdeel van het innovatieprogramma Next Level Animal Sciences (NLAS)

De biologen willen de energieniveaus in aquatische organismen continu monitoren. “Waar besteden ze hun energie aan, en kunnen we dat onderbrengen in een digital twin voor energiemonitoring?”, vraagt Kok’s begeleider Arjan Palstra. “In Twente werd aan een sensor gewerkt die interleukine-6 meet, een immuunmarker voor ziekte. Dat paste goed in ons model, dat energiegebruik, stress en gezondheid bij elkaar wil brengen.”

Kok ontwierp het prototype van zo’n inwendige biosensor. Kern is dat in de bloedbaan het eiwit interleukine (IL-6) zich vasthecht op een laagje antilichamen van de sensor. Een straaltje laserlicht op de chip wordt hierdoor vervormd en dat signaal wordt opgevangen door een detector. De hoeveelheid gemeten interleukine zegt iets over de gezondheid van de vis.

Maar zover is het nog niet. “De laser, de chip en de detector zijn nu nog afzonderlijke onderdelen”, zegt Kok. “De bedoeling is dat die samen op een sensor van ongeveer 1 bij 1 centimeter passen. In plaats van bloed gebruikte ik een bufferoplossing met interleukine.”

“Nu dit design er is, kunnen we het implanteren in de vis, zodat je werkelijk in de bloedbaan kunt gaan meten”, vult Palstra aan. Daartoe moet de sensor gevoelig genoeg zijn. Kok: “Biologisch relevante concentraties zijn volgens de literatuur tot 0,2 nanogram per milliliter. Als vissen ziek zijn kan dat oplopen tot 0,8 nanogram. Dat is wat we nu net kunnen meten. We zitten dus al in de buurt. Ik denk overigens dat het nog wel beter kan, maar mijn tijd als EngD zit er op.”

Mens

Kok werkte overigens niet met interleukine van vissen, maar van mensen. Dat had een praktische reden: die van een vis is moeilijk verkrijgbaar, terwijl die van een mens bij wijze van spreken op de plank ligt. “Maar dat maakt het alleen maar interessanter”, vindt Palstra. “Nu levert het misschien een implantaat op waarmee je ook in de mens kunt meten.”

De methode is bovendien niet beperkt tot interleukine. Kok: “Je kunt heel makkelijk overschakelen naar andere biomarkers. Met een ander antilichaam kun je bijvoorbeeld ook stress- of reproductiehormonen in de bloedbaan meten. Dit soort optische diagnostiek is booming. Het levert apparatuur op, waarmee je de zorg dichter bij de mens kunt brengen, zonder dat daar een laboratorium voor nodig is.”