Bouw speciale laser voor ontwikkeling kunstmatige trilharen

Jaap den Toonder, hoogleraar Microsystems aan de TU Eindhoven, ontwikkelt een compleet nieuw systeem om het effect van krachten en stromingen op cellen en weefsels beter te begrijpen.

Trefwoorden: #cilia, #gietproces, #Jaap den Toonder, #laser, #mal, #microfluïdische chip, #nano-deeltjes, #polymeren, #trilharen, #TU Eindhoven

Lees verder

research

( Foto: TU Eindhoven )

ENGINEERINGNET.BE - Trilharen, ofwel cilia, zijn ultradunne microscopische haartjes, die dicht opeengepakt zich bewegen als een menigte die de ‘wave’ doet in een stadion. Hun gesynchroniseerde beweging helpt bijvoorbeeld slijm uit de longen te verwijderen.

Door te regelen hoe de vloeistof rond een embryo stroomt, zorgen trilhaartjes er zelfs voor dat organen zoals het hart zich aan de juiste kant van het lichaam ontwikkelen.

Trilharen inspireerden Den Toonder om een nieuw systeem te bouwen, waarmee heel precies de krachten en stromingen op cellen en weefsels in een laboratorium zijn te beheersen en te bestuderen.

Net als echte trilharen, moeten de kunstmatige haartjes na een omgevingssignaal een stroming in een vloeistof kunnen initiëren of mechanische krachten kunnen uitoefenen op hun omgeving. Daarna moeten ze de reactiekrachten vanuit de omgeving kunnen waarnemen.

Den Toonder: “De cilia die wij willen bouwen bestaan uit flexibele polymeren met magnetische nano-deeltjes. Door ze te activeren met een elektromagneet, kunnen we de haartjes heel lokaal laten bewegen precies zoals wij dat willen."

"Daarmee genereren we een stroming in de omliggende vloeistof, of krachten op cellen die we kweken in de nabijheid van de trilhaartjes. De biomechanische respons van de cellen willen we vervolgens heel nauwkeurig meten.”

De nieuwe trilharen worden 10 micrometer lang, met een dikte van 1 micrometer. Deze worden heel dicht op elkaar geplaatst en krijgen de juiste flexibiliteit om te kunnen bewegen door de magneetvelden.

Om ze te bouwen heeft Den Toonder een nieuwe laser nodig met een klein brandpunt en ultrakorte pulsen. De laser schrijft op microschaal zeer precieze structuren in een glasplaat, die als mal dient om cilia te vormen in een gietproces.

De haartjes worden geplaatst in een microfluïdische chip, een stukje kunststof met kleine vloeistofkanaaltjes, waarin ook cellen en weefsels zijn te kweken. Het patroon waarin de haartjes in de chip staan is te variëren.

Zo is voor elk biomechanisch proces dat onderzoekers willen bestuderen een specifieke chip te maken.