Categoriearchief: Techniek

Duurzame verpakkingen

wur-food-biobased-duurzame-verpakkingen-overzichtDe ontwikkeling van duurzame verpakkingen vraagt om inzicht in de hele verpakkingscyclus én om kennis van de consument. Niet alleen het materiaal van de verpakking bepaalt de duurzaamheid, maar ook de oorspronkelijke grondstof, de voordelen voor het verpakte product en bijvoorbeeld de end-of-life-opties zoals recycling of compostering. De verpakking moet bovendien zo ontworpen zijn dat consumenten deze willen kopen én correct gebruiken.
Voor onderzoeksinstuut Food & Biobased Research (FBR) van de Wageningen Unisversity & Research schreef ik de webteksten rond het thema. Food & Biobased Research heeft de expertise in huis om de gehele levenscyclus van verpakkingsmaterialen te betrekken in onderzoek naar het verpakkingsmateriaal dat het te verpakken product het beste heel of vers houdt vanaf de productie tot de consument. Food & Biobased Research probeert daarbij een optimale balans te vinden tussen duurzaamheid, praktische vereisten en wensen van een klant.

1 Duurzame grondstoffen

wur-food-biobased-duurzame-verpakkingen-1-grondstoffenDe levenscyclus van een verpakkingsmateriaal doorloopt zes stadia. Aan de wieg moet er antwoord komen op de vraag: welke grondstof kiezen we? Wageningen UR Food & Biobased Research zet een breed palet aan commercieel beschikbare grondstoffen in bij de ontwikkeling van nieuwe, duurzame verpakkingen: plastic, karton, hout, glas en blik. Daarnaast ontwikkelen we verbeterde of compleet nieuwe duurzame verpakkingsmaterialen.

2 Eigenschappen

wur-food-biobased-duurzame-verpakkingen-2-eigenschappenBij de keuze voor een verpakkingsmateriaal is het van belang vast te stellen wat het materiaal moet doen voor het product, hoe het vervoerd wordt, wie het product gaat uitpakken en hoe dat gebeurt. Wageningen UR Food & Biobased Research onderzoekt eigenschappen van verpakkingsmaterialen om duurzame verpakkingen met een optimale ketenprestatie te ontwikkelen.

3 Het verpakte product

wur-food-biobased-duurzame-verpakkingen-3-het-productEen verpakking is primair bedoeld om ervoor te zorgen dat een product op een praktische, handzame manier en met zo min mogelijk schade bij de eindgebruiker komt. Hoe een verpakking daar het best voor kan zorgen hangt sterk af van de eigenschappen van het verpakte product en daarmee de eisen die aan de verpakking gesteld worden. Wageningen UR Food & Biobased Research heeft veel ervaring met eisen die producten stellen aan verpakkingen. Die eravring variëert van versproducten zoals voedsel en bloemen tot producten als elektronica en chemicaliën.

4 Logistiek

wur-food-biobased-duurzame-verpakkingen-4-logistiekSnel, langzaam, over de weg, per spoor, schip of vliegtuig, koud, warm… de omstandigheden waaronder producten vervoerd worden lopen sterk uiteen. Een verkeerd gekozen verpakking kan optimaal transport frustreren. Het kan grote gevolgen hebben voor de kwaliteit van een product, en daarmee de financiële marges flink onder druk zetten.

5 Consument en verpakking

wur-food-biobased-duurzame-verpakkingen-5-consument-en-verpakkingVerpakkingen hebben invloed op de keuze die een consument maakt. Specifieke voordelen, zoals een lipje waarmee een verpakking makkelijk geopend kan worden, of de grootte van een verpakking, kunnen cruciaal zijn. Veel gunstige eigenschappen van verpakkingen – zoals verbetering van houdbaarheid van producten of een duurzame herkomst – zijn voor de consument niet in één oogopslag duidelijk.

6 Eindfase verpakking

wur food biobased duurzame verpakkingen: 6 eindfaseZodra een product is geconsumeerd, verliest het verpakkingsmateriaal haar oorspronkelijke doel. Een goede eindbestemming van het overbodig geworden verpakkingsmateriaal beïnvloedt de duurzaamheid van de verpakking in sterke mate. Bovendien zien overheden streng toe op deze levensfase van verpakkingsmaterialen. Wageningen Food & Biobased Research neemt afvalverwerkingsopties en hergebruiksopties daarom mee in haar onderzoek naar en ontwikkeling van verpakkingsmaterialen.

De gehele productieketen

wur food biobased duurzame verpakkingen: 8 productieketenEen verpakking moet er allereerst aantrekkelijk uitzien, maar een product ook beschermen en/ of perfect recyclebaar zijn. Gedurende de hele gebruikscyclus moet de verpakking zo goed mogelijk functioneren. Wageningen UR Food & Biobased Research kent de eisen die de keten stelt en onderzoekt hoe een optimale verpakking de totale ketenprestatie verbetert.

Verschillende stappen in de keten stellen andere, soms conflicterende eisen aan verpakkingen. Een verpakking moet producten bundelen en beschermen, moet logistiek goed ingebed kunnen worden en de marketing van het product ondersteunen. We maken zorgvuldige afwegingen op basis van deze wensen en eisen. We adviseren opdrachtgevers op basis hiervan over de vraag welke oplossing de beste ketenprestatie oplevert.

Duurzaamheid

wur food biobased duurzame verpakkingen: 7 duurzaamheidDuurzaamheid is een ingewikkelde term. Het kan zowel gaan over de milieubelasting als over de sociale of economische aspecten van een product of productieproces. Wageningen UR doet onderzoek naar al deze aspecten, Food & Biobased Research richt zich specifiek op onderzoek naar milieubelasting en kosteneffectiviteit.

In alle fases van de levenscyclus kunnen verpakkingen de milieubelasting van verpakte producten verlagen: tijdens de productiefase en transport, het gebruik van de verpakking en de afvalfase van de verpakking. Wageningen UR Food & Biobased Research ontwikkelt en onderzoekt duurzame verpakkingsopties in de afzonderlijke fases, en in de levenscyclus als geheel.

De afzonderlijke webteksten zijn integraal te lezen op de website van Wageningen UR Food & Biobased Research. Dat kan door op de screenshots te klikken, of door alle teksten te bekijken op de website van:

Wageningen-UR-logo

 

Pathologen gaan in de cloud

Praktisch gezien is op grote schaal samenwerken voor pathologen lastig. Hun object van studie bestaat uit flinterdunne plakjes weefsel onder de microscoop. Samen kijken betekent dat je naast elkaar moet gaan zitten. Tot voor kort. Ook pathologen werken nu in de cloud.

tekst Rene Rector, Sciencestories.nl

Traditioneel kunnen pathologen alleen samen naar een preparaat kijken met behulp van een zogenoemde multikop: een microscoop met twee sets kijkvensters. Even digitaal een bestandje mailen zit er niet in: tot een paar jaar geleden bestond er geen scanner die gedetailleerd genoeg een heel preparaat kon scannen. Een foto van een preparaat is al gauw vijf gigabyte groot en dat zet je niet even op de mail. Bovendien: alles wat een connectie heeft met internet is gevoelig voor informatielekken, en de informatie die weefselcoupes bevat is privacygevoelig.

3.000 Megapixel

“Beveiliging en de omvang van bestanden waren onze grootste uitdagingen”, vertelt Nikolaos Stathonikos, ICT-specialist bij de pathologie-afdeling van het Universitair Medisch Centrum Utrecht (UMCU) en projectleider van het tEPIS-project. Dit project, waarin pathologie-afdelingen van zes universitair medische centra en Philips participeren, beoogt om datgene te doen wat tot nu toe onmogelijk was: op afstand preparaten bekijken, informatie met elkaar te delen en grootschalig pathologisch onderzoek logistiek sterk te vereenvoudigen.

tEPIS, het Trait Enhanced Pathology Image Sharing-systeem, bouwt voort op een recente technologische ontwikkeling: het kunnen scannen van microscoopglaasjes. Preparaten zijn vaak minder dan een vierkante centimeter, maar recente scanners kunnen die vierkante centimeter scannen op een duizelingwekkende drieduizend megapixelformaat. Coupescanners leveren digitale beelden, die anders dan microscoopglaasjes niet kunnen breken, kwalitatief niet achteruit gaan en kopieerbaar zijn. Maar die beelden zijn niet alleen heel gedetailleerd, ze zijn ook enorm groot.

Medische gegevens

“Je kunt dat soort beelden normaliter niet met elkaar delen via het web”, stelt Stathonikos. “Hoe snel je verbinding ook is, ‘even door een preparaat scrollen’ is er niet bij.” De oplossing is een digitale techniek, waarbij alleen het deel wat je wilt bekijken via het web op jouw computer belandt. De scan blijft netjes op een server staan. De tEpis-software berekent welk deel van die scan, op welke vergroting, je computer moet tonen. Jan-Willem Boiten, projectcoördinator van het overkoepelende Trait-consortium: “Vergelijk het met Google Earth. Als je dat opstart, zie je afhankelijk van je locatie je eigen land in beeld. Ga je zoomen, dan stuurt Google je gedetailleerdere informatie. Wil je weer meer overzicht, dan krijg je weer een nieuwe uitsnede.”

Was het uitwisselen van grote bestanden vooral een technisch probleem, de beveiliging van gegevens is foutgevoelig op menselijke schaal. Daarom wordt de herkomst van de scans apart van de scans zelf opgeslagen. Op die manier wordt het risico dat een hacker uit de cloud medische gegevens van meneer Pietersen kan peuteren minimaal. Stathonikos: “Wat het web op gaat, is niet tot patiënten herleidbaar. Maar we hebben, onvermijdelijk, voor een breed scala van beveiligingsissues een oplossing moeten bedenken.”

Nieuw onderzoek

De digitale uitwisselingstechniek is niet alleen handig voor een second opinion bij een collega aan de andere kant van de oceaan. Je kunt er ook veel makkelijker onderzoek mee doen. In onderzoek naar bioimaging-technieken is digitalisering een uitkomst. Het idee is dat de computer op basis van het digitale bestand vast wat voorwerk doet om te bezien of het preparaat bijvoorbeeld kankercellen bevat. Dat gebeurt met algoritmes zodat de computer weet waar hij op moet letten. Lastig is alleen wel, dat verschillende algoritmes moeilijk te vergelijken zijn.

De problemen ontstaan doordat pathologen cellen of onderdelen daarvan in een weefselcoupe kleuren om ze zichtbaar te maken. Dat moet ook wel, anders zou je überhaupt te weinig zien op een preparaat. Maar de verschillen tussen laboratoria zijn groot, voor kleuringen en voor de kwaliteit van digitale scans. Voor diagnostiek is dat prima, want het geoefende menselijk oog is erg flexibel. Maar als je een computer wil leren om geautomatiseerd beelden te interpreteren is dit een probleem.

Grand Challenge

Desondanks buitelen in het biomedische beeldanalyseonderzoek de publicaties over elkaar heen waarin onderzoekers claimen dat ze een algoritme hebben ontwikkeld dat microscoopbeelden goed weet te duiden. “Maar wat is nou het beste algoritme”, vraagt Jeroen van der Laak van het Radboud Universitair Medisch Centrum zich retorisch af. “Veel van dat soort publicaties blijken, eenmaal geverifieerd door andere onderzoeksgroepen, sterk afhankelijk van de behandeling van het preparaat. Terwijl je juist een algemeen bruikbaar algoritme wil.”

In beeldanalyseonderzoek worden daarom voor klinisch relevante toepassingen soms zogenoemde Grand Challenges georganiseerd: een uitdaging aan deelnemers om voor een gegeven set beelden een algoritme te schrijven dat betrouwbaar en algemeen bruikbaar is. Die set aan beelden is daarbij liefst samengesteld uit verschillende bronnen. Het klinkt als een spelletje, maar het is uitermate nuttig: de beste algoritmes komen zo naar boven drijven, en dat brengt het vakgebied een stuk verder.

Software voor pathologen

Onder pathologen zijn er nog relatief weinig van dergelijke challenges georganiseerd. De groep van Van der Laak is november 2015 begonnen met een bijzondere challenge.Doel hiervan is om tot een algoritme te komen dat op basis van lymfeklierweefsels van borstkankerpatiënten aan pathologen kan aangeven waar zich kankercellen bevinden. Van der Laak: “Normaliter moeten pathologen daarvoor meerdere coupes geheel inspecteren, maar dat is tijdrovend en foutgevoelig. Je ziet snel iets over het hoofd. Hier is automatisering echt van nut.”

Het bijzondere aan de challenge is dat die als eerste volledig gescande microcopische preparaten aanbiedt, die via het tEPIS-systeem uitgewisseld worden. Van der Laak: “Het kan ook zonder, natuurlijk. Maar dat vraagt veel specifieke kennis van pathologiebeelden. Nu hebben we een goede interface. Dat maakt het schrijven van software veel eenvoudiger. Juist voor de informatici die je bij zo’n challenge nodig hebt, levert dat echt een grote meerwaarde.”

Dit bestandsdeling Tepis cover NL | pathologenverhaalLSHFES cover NL Diagnose, medicijnen, herstel | pathologen over pathologen verscheen in Diagnose, medicijnen,
herstel, een boek onder mijn hoofdredactie over de resultaten van de LSH-FES-onderzoeksconsortia. Het verhaal hoort bij het gedeelte over onderzoeksconsortium tEPIS.

Diagnose, medicijnen, herstel, werd uitgegeven door:

Nemo Kennislink | pathologen

Kijken naar rimpelingen in de ruimte (zwaartekrachtgolven)

Speciaal omdat in maart dit jaar de zwaartekrachtgolven voor het eerst met dit instrument zijn waargenomen, een ‘verhaal uit de oude doos’, waarin onderzoeker Jo van den Brand in 2006 (!) uitlegt hoe mooi Virgo in de Toscane moet gaan worden.

Wie naar de hemel kijkt, ziet het verleden: het licht van veel sterren bereikt ons pas na miljarden jaren. Terugkijken tot de oerknal moet dan ook kunnen, zou je denken. De praktijk blijkt weerbarstig, maar met een nieuw soort telescoop gaat het wellicht lukken.

tekst René Rector, Sciencestories.nl

Het onderzoeksinstituut Virgo, even onder Pisa, heeft wel iets weg van de Chinese muur. Stukken kleiner, maar toch indrukwekkend. Twee haaks op elkaar staande armen, drie kilometer per stuk, moeten vanaf volgend jaar de kennis over het heelal spectaculair gaan vergroten. Virgo is een telescoop, maar niet zomaar een. Hij is speciaal ontworpen om een soort golven te meten dat tot nu toe alleen maar indirect werd waargenomen: zwaartekrachtgolven. “Het opent een compleet nieuw terrein in de astronomie”, stelt prof. dr. Jo van den Brand, die namens de VU bij Virgo betrokken is. “Je moet je voorstellen dat we van het meeste dat zich in de ruimte bevindt, nog niets weten. We weten alleen iets van hemellichamen die elektromagnetische straling, zoals licht of radiogolven, uitzenden. Dat is naar schatting in maar één procent van de materie het geval. Van de rest weten we alleen indirect dat het er moet zijn.”

Voor Van den Brand is de speurtocht naar die onzichtbare donkere materie interessant. Wie een telescoop richt op het zwerk, kijkt in het verleden. Hoe verder weg je kijkt, hoe langer het licht dat je ziet erover heeft gedaan om de aarde te bereiken. Zo zien we de zon zoals hij acht minuten geleden was, de eerstvolgende ster zoals hij er in 2002 bij stond enzovoort. “In theorie moet je zo ver kunnen kijken als het heelal oud is: 13,7 miljard jaar. Alleen zijn licht en radiogolven van zo oud compleet verstoord.” Met glimoogjes voegt Van den Brand toe: “Met Virgo kun je nog verder in het verleden kijken. We kunnen zo misschien eindelijk zien wat er kort na de oerknal is gebeurd met het heelal.”

Zwaartekrachtgolven

Voor een telescoop is Virgo een raar ding. Niets richt een schotel naar omhoog. Niets wijst op een astronomische functie. Het doel van Virgo is om heel nauwkeurig de afstand tussen twee punten te meten. Zwaartekrachtgolven doen die afstand namelijk variëren (zie “Alles trilt, alles wankelt”). Je hoeft daarvoor niet omhoog te turen: de afstand op aarde zelf vibreert. “Nu is het nogal lastig om afstand zo nauwkeurig te meten”, stelt Van den Brand. “Daarom meten we twee afstanden die we met elkaar vergelijken. Verandert de ruimte in de ene richting wel, en in de andere niet, dan kun je het afstandsverschíl meten.”

Voor het meten gebruiken Virgo-technici lasers en kwalitatief hoogwaardige spiegels. Het principe daarvan is eenvoudig, maar de uitvoering is een hachelijke zaak, omdat de metingen onwaarschijnlijk nauwkeurig moeten zijn. “Als er een vliegtuig overvliegt, dan zien we dat terug in onze resultaten. De verschillen in afstand zijn zo klein, dat de apparatuur tot op de nanometer nauwkeurig moet zijn. Daarom is de VU ook betrokken geraakt, als enige Nederlandse universiteit”, vertelt Van den Brand trots. “Wij hebben veel ervaring met zulke gevoelige apparatuur. Van oorsprong was Virgo een Frans-Italiaans samenwerkingsproject.” De eerste daadwerkelijke, maar nog grove metingen vinden deze winter plaats. Pas in 2008 is het instrument zover af, dat het de gewenste nauwkeurigheid heeft.

Alles trilt, alles wankelt

Een meter is een meter. Dat weet het kleinste kind. Zou je kunnen terugstappen in de negen- tiende eeuw, dan zou natuurkunde inderdaad zo eenvoudig zijn. Maar het bleek te kort door de bocht. Afmetingen in de ruimte worden namelijk verstoord door hemellichamen: sterren, zwarte gaten, melkwegstelsels, enzovoort. Door die hemellichamen trekt de ruimte krom, en u kunt daardoor met recht uw ogen niet ge- loven als u wilt vaststellen waar aan de hemel- bol sterren exact staan.

Einstein berekende begin twintigste eeuw dat de ruimte namelijk helemaal niet zo vormvast was als iedereen dacht. Recht is niet altijd recht; volgens Einstein is het krom. Dat moet u zich als volgt voorstellen: u neemt een laken, en u legt dat in het gras. Dat laken is dan een volledig plat vlak – voor het gemak letten we niet al te goed op kleine oneffenheden. Vervolgens legt u in het midden van het laken een sinaasappel. Er ontstaat dan een kuil in het laken. Het platte vlak is daar door de massa van de sinaasappel automatisch gekromd.

Dit verhaal verscheen in 2006 in Gewoon bijzonder, corporate magazine van:

Vrije Universiteit Amsterdam | zwaartekrachtgolven

De suikerbiet kan meer

Suikerbieten zijn waardevolle natuurfabriekjes. De industrie kan er veel meer uit halen dan alleen suiker. In Wageningen proberen ze van de bietenpulp grondstoffen te maken voor verdikkingsmiddelen en limonadeflessen. ‘Dat leidt tot vergroening van de chemische industrie en een betere prijs voor de boer.’

tekst René Rector, Sciencestories.nl

6,3 miljoen ton; dat wordt er jaarlijks in Nederland geteeld aan suikerbieten. Het bestanddeel van die bieten dat de meeste winst oplevert is suiker. Maar als het aan Wageningen UR Food & Biobased Research en Royal Cosun, moederbedrijf van Suiker Unie ligt, gaan ook andere componenten uit de suikerbiet een hogere bijdrage leveren aan de winst. Gedacht wordt aan bijvoorbeeld cellulose en galacturonzuur.

Suikerbieten zijn extreem bruikbaar. Van het gewas blijft op het land alleen het loof achter tijdens de oogst. Tachtig procent van de biomassa bevindt zich ondergronds, in de biet, en die massa wordt compleet verwerkt tot suiker, melassestroop, meststof en veevoer. Ook wordt er ‘groen gas’ gemaakt van de reststromen, wat in het aardgasnet wordt geïnjecteerd. Zo bezien, past de bietverwerkende industrie uitstekend binnen het Wageningen UR-investeringsthema Resource Use Efficiency, efficiënt omgaan met hulpbronnen.

Hoge opbrengst

Maar het potentieel van de suikerbiet is veel groter. En dat wordt nog niet ten volle benut. ‘Dat is jammer,’ vindt Jacco van Haveren, programmamanager biobased chemicals Food & Biobased Research. ‘Nederland, en eigenlijk heel Noordwest-Europa, leent zich uitstekend voor de teelt van suikerbieten. Er is geen ander gewas dat je hier kunt telen dat zo’n hoge opbrengst per hectare heeft in droge stof.’

De suikerbiet laat met 25 ton droge stof per hectare andere gewassen als de voederbiet of maïs met gemak achter zich. Voeg daarbij dat in 2017 het door de Europese commissie opgelegde suikerproductiequotum vervalt, waardoor het Nederlandse areaal naar verwachting met 14 procent stijgt, en de suikerbiet wordt een extra interessant gewas om optimaal te benutten.

Daarvoor onderzoekt Wageningen UR Food & Biobased Research samen met een consortium van bedrijven – met Cosun als coördinator – of er niet meer waarde uit de biet te halen is dan met de huidige toepassingen. Het meest recente project is Pulp2Value, dat in juli dit jaar van start ging. Daarin wordt onderzocht, met zes miljoen subsidie van het Europese Biobased Industries Consortium, of door bioraffinage van pulp de opbrengst te vergroten valt.

Wat Jacco van Haveren samen met Cosun aan nieuwe stoffen uit de suikerbieten wil halen, is te lezen in het hele verhaal, dat gepubliceerd werd in Wageningen World, het corporate magazine van:

Wageningen-UR-logo

 

Terug naar de zandbak

Soms is in de wetenschap een computermodel niet genoeg. Op de Vrije Universiteit bootsen geologen de aardkorst na met bakken vol zand en babycrème.

tekst: René Rector, Sciencestories

Wie aardbevingen of het weer wil voorspellen loopt tegen een vervelend probleem aan: sommige systemen zijn zo complex, dat ze heel lastig natuurgetrouw in een computermodel te stoppen zijn. Voor plaattectoniek beschikt De Vrije Universiteit daarom over een bijzonder lab. In zandbakken wordt er op kleine schaal nagebootst wat in de aardbodem in het groot gebeurt: continentale verschuiving.

Het lab heeft verschillende zandbakjes, die elk een andere continentale drift simuleren. Zo is er een zandbak waarvan de bodem in twee helften langs elkaar kan bewegen. Leg je er zand op, dan zie je een patroon ontstaan dat veel lijkt op de San Andreasbreuk in Californië. In een andere bak kan thrust worden gesimuleerd. Dit doet zich voor als continentale platen tegen elkaar botsen, en één laag over de andere schuift, waardoor een gebergte ontstaat.

Plaattektoniek

Initiatiefnemer Dick Nieuwland vertelt in het interview: ‘Als je plaatverschuiving in een wiskundig model vat, neem je aan dat het model juist is. Zand is een natuurlijk materiaal, dat misschien anders reageert dan je aanneemt, maar wel strikt volgens de natuurwetten.’

Het lab heeft voor de meeste grondsoorten miniatuur-equivalenten. Klei en zout kun je op kleine schaal vervangen door babycrème, gesteenten laten zich vervangen door zand. Het idee om zo in een experiment de plaattektoniek te simuleren, was in de jaren zeventig van de vorige eeuw met succes uitgewerkt door Shell. Voor studenten geeft het lab inzicht in geologische wordingsprocessen. Nieuwland: ‘In het echt zie je immers nooit hoe iets gevormd wordt. Op de geologische tijdschaal is een eeuw al niets.’

Het hele verhaal verscheen in 2001 in:

Intermediair

Het Sandboxlab bestaat nog steeds, inmiddels onder de naam Teclab.

Een nieuwe nier? Die printen we toch gewoon?

‘O, mevrouw. Uw nieren doen het niet meer. We printen even een nieuw exemplaar.’ Het klinkt als een droom voor nierpatiënten. Dialyse is immers loodzwaar, en donororganen zijn schaars. Nieuwe organen bouwen en dan implanteren is een techniek die zich razendsnel ontwikkelt. Toch is de weg naar een printnier nog lang.

tekst: René Rector, Sciencestories.nl

Al in 1938 opperde Nobelprijswinnaar Alexis Carrel dat het mogelijk moest zijn in een laboratorium een soort steiger voor een orgaan neer te zetten, en die steiger stukje bij beetje door menselijke cellen te vervangen, net zolang tot je een echt orgaan had. En sinds 2000, toen de eerste 3D-printers operationeel werden, proberen sommige wetenschappers dat oude idee werkelijkheid te laten worden met een printer. Zo ook in 2011 tijdens TEDx, een evenement waar ideeën worden gedeeld die de wereld kunnen veranderen en verbeteren. Anthony Atala, directeur van het Wake Forest instituut voor regeneratieve geneeskunde in North Carolina hield aan het eind van zijn presentatie een kersvers geprinte nier omhoog.

Die nier werkte niet. In beeld verschijnt een tekst die ook waarschuwt voor al te veel optimisme. Aan de andere kant: de ontwikkelingen op het terrein van tissue engineering gaan de laatste jaren erg, erg hard.

Een medewerker van Wake forest print - op proef - een nier met menselijke cellen.
Een medewerker van Wake forest print – op proef – een nier met menselijke cellen.

In Wisselwerking, het magazine van de nierpatiëntenvereniging, schreef ik een overzicht met de actuele stand van zaken. Wetenschappers die een werkend orgaan willen printen, hebben drie uitdagingen: voldoende celmateriaal kunnen opkweken dat als printmateriaal kan dienen, een orgaan printen op een manier dat de eerste geprinte cellen nog leven als de laatste cellen op hun plek zitten, en zorgen dat het lichaam het geprinte orgaan ook gaat gebruiken.

Dit verhaal verscheen in Wisselwerking, magazine van de:

Nierpatientenvereniging

CSI The Hague: HHs speurt mee op hoog niveau

Op televisie hebben we het allemaal al een keer gezien: hightech snufjes die misdaden moeten helpen oplossen. Het Nederlands Forensisch Instituut (NFI) probeert met tien andere partners, waaronder De Haagse Hogeschool, de fancy onderzoeksmethoden werkelijkheid te laten worden.

tekst: René Rector

Half oktober werd Amanda Knox in hoger beroep vrijgesproken. De Amerikaanse uitwisselingsstudente werd vier jaar eerder gearresteerd op verdenking van de moord op haar huisgenote in het Italiaanse Perugia. Er was een hele berg bewijsmateriaal tegen Knox, maar daar bleef in de rechtszaal niets van over. Een belastende vingerafdruk op de beha-sluiting van het slachtoffer bleek in de beroepszaak niet meer te verifiëren, omdat het bewijsstuk inmiddels was verroest. Ook het moordwapen – een mes met bloed van het slachtoffer op het lemmet en vingerafdrukken van Knox op het heft – raakte in het ongerede. Opmerkelijk: de juryvoorzitter zei na de uitspraak dat hij niet wist of Knox het had gedaan of niet, maar dat de jury op basis van het nog bestaande bewijs niet anders kon dan vrijspreken.

Nederlands Forensisch Instituut

De rechtszaak tegen Knox benadrukt hoe belangrijk een goede verzameling van sporen op de plaats delict is. Alle sporen moeten minutieus worden vastgelegd. ‘Je wilt eigenlijk zo snel en zo veel mogelijk vastleggen, maar tot nu toe zijn de opsporingsmethoden conventioneel,’ aldus Tjark Tjin-A-Tsoi, NFI-directeur. Is er een moord gepleegd, dan transformeert een onderzoeksteam de plaats delict zo goed mogelijk tot een stapel papier: foto’s van alles (met nummertjes en linialen erbij), plaatjes van gevonden vingerafdrukken, enzovoort. In de rechtszaal moeten de aanklager en de verdediging van de verdachte dan vaak bediscussiëren of het bewijsmateriaal wel solide in elkaar steekt. Bij Knox werd het mes uiteindelijk als bewijsmateriaal uitgesloten, omdat het niet op de plaats delict gevonden was.

Het NFI startte in 2009 met een groep hightech bedrijven de ontwikkeling van een nieuwe manier van bewijsvoering. Het principe is eenvoudig: leg zoveel mogelijk van de plaats delict vast en leen daarvoor technologie uit andere expertises. Leer forensisch onderzoekers daarna hoe ze met die technieken moeten omgaan in een laboratorium.

Link CSI-The-Hague spread

Het resultaat is indrukwekkend. Zo beschikt het lab nu bijvoorbeeld over een bril, die vastlegt wat de forensisch onderzoeker die ’m draagt, ziet. Tegelijkertijd geven experts die even verderop op een scherm met de onderzoeker meekijken via een oormicrofoontje aanwijzingen aan de onderzoeker. Ook is een warmtecamera ontwikkeld die nauwkeurig kan registreren of er nog warmtesporen op de plaats delict aanwezig zijn. Heeft iemand op een stoel gezeten? De stoel blijft nog uren meetbaar warm. En ook al zo fancy: een camera die eruitziet als een gewone handycam. Het verschil is dat een gewone videocamera altijd maar drie kleuren licht registreert: blauw, groen en rood. Deze spectrocamera registreert een paar honderd tinten. De camera kan door z’n fijnzinnigheid zelfs op een rood sprei niet alleen bloedsporen ontdekken, maar ook vaststellen hoe lang het bloed er al ligt. Een andere nieuwe tool is een camera die 3D-opnamen kan maken van een plaats delict.

O.J. Simpson en bewijsmateriaal

Het lab is ingericht als een oer-Hollandse straat met dito burgerlijke huisjes. Wie er binnengaat, treft bijvoorbeeld in de woonkamer een met bloed besmeurde paspop, en na enig zoeken een mes in de slaapkamer. Buiten de huisjes kan met grote schermen een ‘straat’ worden nagebootst inclusief dienders die het verkeer regelen en toegestroomd publiek. Dat het lab er ‘net echt’ uitziet heeft twee redenen.

Ten eerste zijn al die hightech snufjes indrukwekkend, maar voor ze echt als bewijs kunnen dienen in een rechtszaal, moeten rechters en advocaten overtuigd zijn van de geldigheid van zulk bewijs. Dat is niet voor niets: in de meeste rechtsstaten geldt dat iemand onschuldig is, tenzij het tegendeel overtuigend bewezen is. Een van de eerste rechtszaken waar DNA-sporen als bewijsmateriaal dienden, was die van de moord op Nicole Brown Simpson en haar minnaar Ronald Goldman, waarbij O.J. Simpson met zijn advocaten de betrouwbaarheid van zulk bewijsmateriaal vele malen aanvocht. Niemand zit erop te wachten dat een moordenaar vrijuit gaat omdat de spectrocamera ondeugdelijk blijkt. ‘Maar het Openbaar Ministerie vraagt steeds meer naar objectief bewijs,’ stelt projectleider Andro Vos van CSI The Hague. Het lab laat zien wat er mogelijk is, maar ‘het is niet aan ons om te bepalen wat deugdelijk is,’ zegt Vos.

Simulatiesoftware

Ten tweede moeten forensisch onderzoekers leren omgaan met nieuwe technieken. Het lab is een trainingsmogelijkheid voor rechercheurs. Zo kan een rechercheteam ‘ter plaatse’ recherchewerk verrichten. Simulatiesoftware bepaalt welk misdrijf er is gepleegd en welke rekwisieten het NFI vooraf moet plaatsen. De oefening begint bij de aankomst in de virtuele ‘straat’, waarna de recherche de woning in real life kan doorzoeken. Camera’s in het lab leggen dan nauwkeurig vast waar iedereen is en welke technieken ze gebruiken. Uit die camerabeelden blijkt gauw genoeg of rechercheurs het onderzoek goed uitvoeren. Daarmee is het lab zowel een onderzoeksfaciliteit om nieuwe onderzoekstechnieken te ontwikkelen en te verfijnen, als een trainingsfaciliteit voor (nieuwe) forensisch onderzoekers.

Nieuwe CSI-technieken aanleren

Training is bij forensische onderzoekstechnieken essentieel. ‘Forensisch onderzoeker is zo’n beroep waarin je pas na een paar jaar goed wordt. Het is eigenlijk heel ambachtelijk werk,’ vertelt Herman de Bruine. ‘De beste forensisch onderzoekers zijn om die reden meestal de oude rotten in het vak: zij hebben er al heel wat oefening op zitten.’

De Bruine doceert aan de opleiding Integrale Veiligheidskunde en vormt de linking pin met De Haagse in het CSI The Hague-project. Hij doet onderzoek naar leren in organisatieculturen. Bij het introduceren van nieuwe forensische technieken zou dat nog weleens een probleem kunnen worden, want als je een nieuwe techniek introduceert, is iedereen weer beginner. En als het hightech is, hebben de jonkies het meestal sneller door dan die oude rotten. ‘De verhouding op de werkvloer verandert. Dat zie je vaak met het invoeren van nieuwe technieken. Nu denken we vaak dat als mensen problemen ondervinden bij de introductie van nieuwe werkmethoden, dat individuele problemen zijn. Dat is niet zo. Het is een probleem dat besloten ligt in de organisatiecultuur.’

Rechercheurs

In sommige organisaties bestaat van nature respect voor elkaars kwaliteiten. In andere organisaties moeten alle individuele leden voldoen aan een (hoge) standaard. In die groep verwacht De Bruine veel meer problemen wanneer zo’n groep moet omgaan met een nieuwe techniek. ‘Het was het NFI ook opgevallen als er rechercheurs komen oefenen in het CSI-lab: de ene groep heeft het als groep veel sneller onder de knie dan de andere groep. In de ene groep leren mensen van elkaar, en is er weinig schroom om hulp te vragen. In andere groepen liep dat veel stroever. Dus nu trainen we groepen tijdens het leren omgaan met nieuwe technieken, ook op de sociale aspecten die daarbij komen kijken.’

Tegelijkertijd is de training een manier om ook de betrouwbaarheid van in de veiligheidssector werkende groepen te vergroten. Hoe beter een groep in staat is met fouten om te gaan en ervan te leren, hoe betrouwbaarder zo’n groep wordt. ‘Dat is dus niet alleen een kwestie van hightech apparatuur, maar ook van een team dat er adequaat mee om weet te gaan,’ aldus De Bruine.

Dit verhaal verscheen eerder in:

Link magazine van de Haagse Hogeschool

magazine voor studenten en medewerkers van De Haagse Hogeschool

Reportage uit het laserlab: Het zuivere licht

Laser. Menigeen kent het van spelletjes en science fiction films. Ook iedere cd-speler heeft een laser aan boord. Maar je kunt er ook prachtig wetenschappelijk onderzoek mee doen.

door René Rector

De VU heeft het grootste laserlaboratorium van Nederland en het geniet ook internationale faam. Het ontstond begin jaren negentig, toen atoomfysica, fysische chemie en biofysica allemaal met wetenschappelijke puzzels zaten die je met laserlicht goed kon oplossen. Inmiddels komen onderzoekers uit de hele wereld naar Amsterdam om er onderzoek te doen en maakt het Laserlab deel uit van een groot Europees laseronderzoeksconsortium.

Laser is zo handig, omdat het in meerdere opzichten heel precies werkt. Laserpulsen kunnen heel kort zijn; laserlicht kan heel zuiver van kleur zijn. Dat maakt het een precisie-instrument voor wetenschappelijk onderzoek. Het lukte de VU met laser als een van de eerste universiteiten een Bose-Einsteincondensatie te realiseren: een heel koude toestand van stoffen die in 1926 al door Albert Einstein was voorspeld, maar die tot 1995 nog nooit door iemand was verkregen.

Behalve wetenschappelijk baanbrekend kan laseronderzoek ook nuttig zijn. Zo is het onmisbaar bij het maken van sommige medicijnen. Ytterbium is een chemisch element dat in verschillende varianten (isotopen) voorkomt. Hun chemische eigenschappen zijn vrijwel identiek, maar de isotopen reageren wel verschillend op laserlicht. Voor medische toepassingen is een heel zuiver poeder met ytterbium-176 nodig: alle andere isotopen zijn voor medisch gebruik schadelijk.

Door een gaswolkje ytterbium met heel zuiver laserlicht te beschijnen, raakt ytterbium-176 elektrisch geladen, terwijl met de andere isotopen niets gebeurt, omdat die op een net weer andere kleur licht reageren. Een metalen plaatje onder elektrische spanning trekt het geladen ytterbium-176 uit de gaswolk. Omdat isotopen chemisch gelijk zijn, is het bijna onmogelijk om ze op een andere manier dan met deze truc te scheiden.

VU-Het-zuivere-licht-spread1

Startschot en finishfoto

Marloes Groot gebruikt lasers om erachter te komen hoe eiwitten precies werken. Sommige eiwitten kunnen heel snel een chemische reactie uitvoeren, maar doen dat pas als er licht op valt. Planten bijvoorbeeld, hebben een lichtgevoelig eiwit dat helpt bij het in elkaar zetten van chlorofyl, de stof die ze gebruiken om lichtenergie om te zetten in chemische energie. Die reactie gaat te snel om te bestuderen: als in een plantencel de bouwstoffen en eiwitten dicht genoeg bij elkaar in de buurt zitten, klikken de verschillende onderdelen bijna vanzelf aan elkaar. Maar als je alle ingrediënten in het donker mengt, kun je met een laserflits de reactie zelf starten, en dan kun je er ook onderzoek naar doen.

Groot maakt daarom vooraf het benodigde mengsel, en stuurt daar met enkele femtoseconden pauze (enkele miljoensten van een miljoenste van een duizendste seconde) twee laserpulsen doorheen. De eerste, witte puls start de reactie. De tweede puls is gekleurd en ‘fotografeert’ wat de eerste puls gedaan heeft. De truc werkt zo precies, dat Groot afhankelijk van de kleur van de puls kan zien welke onderdelen van een eiwit meedoen aan de reactie en welke niet.

Het resultaat is elementaire kennis over hoe eiwitten hun werk doen. Zo blijkt uit het onderzoek dat de aanmaak van chlorofyl in tempo toeneemt als er meer licht is. Dat is handig: de plant steekt op die manier alleen maar energie in de aanmaak van chlorofyl als er ook daadwerkelijk licht is om het te kunnen gebruiken.

VU-Het-zuivere-licht-spread2Handen en voeten onder de loep

Elke cel bevat dna – de stof waarin al onze erfelijke eigenschappen liggen opgeslagen. Als een cel deelt, wordt eerst al die erfelijkheidsinformatie gekopieerd, zodat elke helft de volledige informatie mee kan krijgen. Het verdelen van het dna gebeurt met behulp van een miniatuurraamwerk in de cel, waarlangs de ene portie DNA naar de ene kant wordt getrokken, terwijl de andere de andere kant uit gaat. Niemand weet precies hoe dat trekken gebeurt, maar Erwin Peterman, Lukas Kapitein en Christoph Schmidt ontrafelen het proces stap voor stap met laserlicht, samen met celbiologen van de Rockefeller universiteit in New York.

Het is niet zomaar leuke kennis voor bij de borreltafel: chemokuren tegen kanker zijn meestal gebaseerd op het stoppen van celdeling. Kanker is namelijk ongecontroleerde celdeling, waardoor een tumor ontstaat. Chemokuren maken nu echter het miniatuurraamwerk in alle cellen stuk, terwijl het voor veel meer wordt gebruikt dan alleen celdeling. Vandaar dat patiënten er zoveel bijwerkingen van hebben. Peterman onderzoekt met lasers een medicijn dat veel gerichter op celdeling zou kunnen werken.

Bij celdeling speelt het eiwit eg5 een hoofdrol. Dit eiwit ziet eruit als een X, die met z’n handen en voeten de ‘steigerpijpjes’ van het raamwerk naar elkaar toe trekt, en is alleen betrokken bij celdeling. Peterman: “Als je eg5 kunt lamleggen, kun je een medicijn ontwikkelen dat echt alleen maar de celdeling uitschakelt, waardoor de groei van een tumor stopt.” De onderzoekers maken gebruik van verschillende kleuren laserlicht, en markeren raamwerk en eg5 met fluorescente kleurstoffen. Vervolgens filmen ze hoe en onder welke voorwaarden eg5 z’n werk doet. Een gewone microscoop schiet daarbij tekort, omdat de kleurstoffen licht van een heel zuivere kleur vereisen. Die zuiverheid bereik je alleen met laser.

‘Angst is wél een goede raadgever’

Technologische ontwikkelingen starten vaak met hooggespannen verwachtingen en dito beloften. In de kosten-batenanalyse wordt helemaal niet meegenomen dat mensen emoties kennen bij technologische ontwikkelingen. De ontwikkelaars kunnen erg enthousiast en gedreven zijn, de gewone man, of andere deskundigen, zien soms beren op de weg. Dat is verkeerd, vind techniekfilosofe professor Sabine Roeser. Zij bestudeert hoe we technologie kunnen ontwikkelen met oog voor emoties.

tekst: René Rector, Sciencestories.nl

Wat Roeser betreft is de dialoog die soms gevoerd wordt over technologie geen zuivere dialoog. Neem bijvoorbeeld de bouw van kerncentrales: er heeft zich een aantal ernstige ongelukken voorgedaan met deze manier van energie opwekken. Daarvóór leken kerncentrales een goede oplossing om een herhaling van de oliecrisis te voorkomen. Maar je wilt gewoon niet naast zo’n centrale wonen als het misgaat.

 

Risico-analyse

Roeser ontrafelt in haar interview de onzinnigheid van risicoberekeningen in traditionele risico-analyse en doet een voorstel voor hoe je de introductie van nieuwe technologie beter kunt aanpakken.

Dit verhaal verscheen in:

eos maandblad over wetenschap

Big science in Nederland

Wanneer is science Big Science? De commissie van Velzen adviseerde in 2008 toenmalig minister Ronald Plasterk over investeringen in grootschalige onderzoeksfaciliteiten, en het Rathenau Instituut zocht voor de commissie uit wanneer je iets groot kunt noemen.

Ik deed de eindredactie het onderzoeksrapport en schreef een artikel over de belangrijkste bevindingen in de Rathenau nieuwsbrief:

De vergeten grootheid van de Nederlandse wetenschap

Het Rathenau Instituut deed onderzoek naar Big Science: grootschalige, peperdure en technologisch hoogstaande onderzoeksfaciliteiten. Wat blijkt? De Nederlandse Big Science is ‘bigger’ dan gedacht.

tekst: René Rector, Sciencestories.nl

De nieuwe deeltjesversneller
bij CERN in Genève heeft een diameter van zevenentwintig kilometer en kostte zes miljard euro. Niet echt een bedrag dat een universiteit of onderzoeksinstelling in de achterzak heeft zitten. In
het CERN­project participeren daarom 580 wetenschappelijke instellingen uit twintig landen. Omdat alles er groot aan is, wordt dit soort wetenschap Big Science genoemd.

Nederland speelt graag een rol
in de Europese Big Science. De commissie­Van Velzen (zie kader) wilde daarom weten in welke faciliteiten Nederland het best zou kunnen participeren. Rathenau Instituut­onderzoekers Edwin Horlings en Anouschka Versleijen inventariseerden wat Nederland al aan Big Science in huis heeft. Edwin Horlings: “Gek genoeg was dit nooit eerder onderzocht. En dat uitzoeken lijkt gemakkelijker dan het was. Want behalve een overzicht ontbrak het namelijk ook aan criteria. Wanneer is iets groot? In de fundamentele deeltjesfysica is vijftien miljoen euro niet veel geld. Maar in de sociale wetenschappen is het een vermogen. En wie een groot laboratorium als maatstaf neemt, komt ook bedrogen uit: de gegevens van in Europees verband opgezet sociaal wetenschappelijk enquêteonderzoek staan vooral op internet.”

Horlings en Versleijen vergeleken de criteria voor grootschaligheid van de European Strategy Forum on Research Infrastructures met die van de Amerikaanse National Science Foundation. Daarna lichtten ze de Nederlandse onderzoeksfaciliteiten door en vergeleken
die resultaten met die van grootschalige faciliteiten in het buitenland. Ook legden ze hun bevindingen voor aan de wetenschappers zelf. Het resultaat is een betrouwbare lijst van 66 Nederlandse Big Science­faciliteiten. Gezamenlijk zijn ze 3,5 miljard euro waard.

Onverwacht sterk

Anouschka Versleijen: “Nederland scoort goed op fundamentele deeltjesfysica en astronomie. Dat hadden we ook verwacht: het zijn vakgebieden waarin Nederland van oudsher sterk is. Maar er waren meer sterke velden, en vaak onverwachte. Zo doet de medische sector, met bijvoorbeeld MRI­scanners of DNA­onderzoek, het goed. Deze onderzoeksfaciliteiten zijn vaak niet als compleet laboratorium neergezet, maar in de loop der jaren wel zodanig gegroeid dat ze nu absoluut het stempel ‘Big Science’ verdienen. Ze zijn in de Europese inventarisaties aan ieders aandacht ontsnapt.”

Nederland blijkt verrassend goed in ‘virtuele’ of ‘niet­zichtbare faciliteiten’. Dat zijn faciliteiten die niet op één plek staan, maar die verspreid zijn door het hele land en waarbij de gegevens worden uitgewisseld via computernetwerken. De virtuele faciliteit bestaat niet uit het computernetwerk, maar uit de dataset met gegevens. Horlings: “Denk bijvoorbeeld aan ziekenhuisarchieven met biologisch materiaal. Of aan de databanken van bloedbank Sanquin en de Koninklijke Bibliotheek. Het archief van één lab of ziekenhuis is vaak te klein voor wetenschappelijk onderzoek. Maar als je archieven aan elkaar koppelt, kun je dat materiaal goed vergelijken.”

Uniek

Juist in dat koppelen blijkt Neder­ land uniek te zijn. Hoewel ze het niet uitgebreid onderzochten, denken de onderzoekers daar wel een verklaring voor te hebben. Versleijen: ”Nederland is een klein land. Dus is het relatief eenvoudig om een systeem met een landelijke dekking te bouwen. Bovendien past het ook in het polderdenken om administratiesystemen op elkaar af te stemmen.”

Volgens Versleijen worden ‘virtuele faciliteiten’ te vaak over het hoofd gezien: “Bij Big Science denk je al snel aan een groot gebouw op een locatie. En de traditionele criteria voor grootschaligheid houden ook geen rekening met virtuele grootheid, want internettechnologie is nog jong. Maar gedistribueerde en virtuele onderzoeksfaciliteiten zijn de laatste jaren in aantal en omvang veel sterker gegroeid dan traditionele Big Science labs. Horlings: “Je ziet die verschuiving in alle wetenschappen. Als we echt vooraan willen meelopen, is dit type faciliteiten in steeds meer gebieden onmisbaar.”

Voor meer informatie kunt contact opnemen met Edwin Horlings, 070­3421516

 Rathenau-Groot-in-2008-TNDe commissie-Van Velzen en Big Science

De commissie­Van Velzen adviseert minister Ronald Plasterk (OCW) over de belangrijkste richtingen voor investeringen in grootschalige onderzoeksfaciliteiten in de komende vijf tot tien jaar.

redactie: René Rector

Grootschalige faciliteiten maken grensverleggend onderzoek mogelijk. Voorbeelden zijn radiotelescopen, onderzoeksschepen, de CERN­deeltjesversneller, maar ook biologische collecties of medische biobanken. Een Nederlands voorbeeld is de 7­Tesla MRI­scanner, onderdeel van een consortium voor klinisch en cognitief hersenonderzoek van het LUMC, UMC Utrecht en het FC Donderscentrum in Nijmegen.

Het rapport ‘Groot in 2008: Momentopname van grootschalige onderzoeksfaciliteiten in de Nederlandse wetenschap’ vindt u op www.rathenau.nl. U kunt het opvragen via info@rathenau.nl

Rathenau Instituut