Materials Science Stories

The research field of Materials Science is a great source for scientific stories. Scientists within the network of 4TU.HTM are welcome to share their stories here.

Allebei ontvingen ze het afgelopen jaar een beurs van de European Research Council: Prof.dr. Jaap den Toonder een Proof of Concept-beurs, en Dr. Yoeri van de Burgt een Consolidator Grant. Rode draad in hun werk is het microfabricagelab (Microfab/lab) aan de Technische Universiteit Eindhoven, waar een bonte verzameling materialen en fabricagetechnieken een succesvol onderzoeksprogramma op het grensvlak van materiaalkunde en biologische systemen mogelijk maakt. Het laboratorium wordt dit jaar grondig verbouwd. In hun tijdelijke lab vertellen de twee onderzoekers over hun onderzoek.

Tekst en interview: DBAR science writer & editor
Foto's: Bart van Overbeeke Fotografie
(The English version of this interview is also available: Microfabrication at the interface of materials science and biology)

Tijdelijke cleanroom

In de Microsystems-sectie worden innovatieve technologische concepten en fabricagemethoden voor microsystemen ontwikkeld voor een breed scala aan toepassingen. Het werk is vaak geïnspireerd door biologische concepten, en de nieuw-ontwikkelde microsystemen worden bijvoorbeeld toegepast om biologische processen te begrijpen die belangrijk zijn voor gezondheid en ziekte. “Alle disciplines zijn hier te vinden: van materialen naar devices naar systemen, zelfs de algoritmes en de biologie. Het interesseert ons allemaal,” aldus Van de Burgt. De groepen vinden elkaar in het gedeelde Microfab/lab, vol microproductietechnologieën voor onderzoek dat relevant is voor een breed scala aan toepassingen. Sinds begin dit jaar wordt het lab verbouwd. Van der Burgt: “De renovatie gaat een jaar kosten. Maar zolang kunnen we als experimentele groepen niet wachten. Daarom is er een tijdelijke faciliteit met een cleanroom en andere laboratoriumruimtes gebouwd. In een paar maanden, dat is ontzettend snel gegaan.”

Open labomgeving

Wat kenmerkt het Microfab/lab? Den Toonder: “De mensen die hier op bezoek komen, ook buitenlandse collega's, die zeggen vaak: jeetje, wat heb je hier veel verschillende dingen bij elkaar. Ons lab brengt allerlei maaktechnologieën samen. Van cleanroomfaciliteiten voor microfabricage tot femtoseconde lasers, 3D-printers, tot mechanical machining. Het is uniek om zoveel technieken in één lab bij elkaar te hebben. Divers maar ook op elkaar afgestemd en met elkaar verbonden. Daardoor is het logistiek heel makkelijk om uiteenlopende fabricagestappen te combineren. Maar het betekent ook dat je een heleboel verschillende onderzoekers tegenkomt, die je weer nieuwe ideeën kunnen geven.” Beide onderzoekers benadrukken dat de drempel om het lab te gebruiken zo laag mogelijk gehouden wordt. Een ‘open labomgeving,’ noemt Den Toonder het.

Antibiotica-resistentie

De concepten die in het Microfab/lab worden ontwikkeld zijn divers. Den Toonder: “We ontwikkelen aan de ene kant materialen en devices waarmee we biologische processen willen besturen of bestuderen. En aan de andere kant gebruiken we de biologie als inspiratie om onze devices te ontwerpen en te ontwikkelen.” Op Den Toonders bureau ligt een bonte verzameling devices, met allerlei vormen en van allerlei verschillende materialen. Hij kiest er enthousiast een aantal uit. “Neem bijvoorbeeld deze dunne schijf, waarin we vloeistoffen met elkaar in contact brengen om de antibioticaresistentie van bacteriële infecties te bepalen. In het reservoir in het midden druppelen we een kleine hoeveelheid urine. Via radiale kanaaltjes verspreid de vloeistof zich naar reactiekamertjes waar niet alleen voedingsstoffen voor de bacteriën klaarliggen, maar ook detectoren die de aanwezigheid, het metabolische effect, van bacteriën verraden. Binnen een uur kun je, in één oogopslag, zien welke antibiotica voor deze specifieke patiënt het meest effectief zijn. Het maakproces, door middel van hot embossing, en de materialen die ervoor nodig zijn, zijn allemaal vrij eenvoudig. De uitdaging was om het fluïdische proces te ontwerpen. Vanuit onze groep is er een startup nu bezig om het device verder te ontwikkelen.”

‘Kanker op een chip’

Een ander voorbeeld dat Den Toonder laat zien, is een rechthoekig stuk rubberachtig polydimethylsiloxane of PDMS. “Als je goed kijkt, zie je twee witte vlakjes van een millimeter groot in het binnenste van het transparante PDMS. Daar kunnen kankercellen geplaatst worden.” Aan de buitenkant is de chip voorzien van aansluitpunten voor vloeistofpompen. “We gebruiken deze chip om de verspreiding, het uitzaaien van kanker te onderzoeken. Hoe gaat zo’n cel bijvoorbeeld door de wand van een bloedvat heen? Hoe hangt dat af van de structuur en stijfheid van het materiaal? Wat is de rol van biochemische omstandigheden, zoals verschillende zuurstofconcentraties? In dit ‘kanker op een chip’-systeem kunnen we al die factoren precies instellen. Doordat het PDMS transparant is, kunnen we de beweging van de kankercellen met microscopen volgen.” Dit type device, met de verzamelnaam ‘orgaan op een chip’, is Den Toonders specialiteit. Zijn ERC-beurs (zie kader) is erop gericht om het rondpompen van vloeistof in deze chips te laten gebeuren door middel van trilhaartjes, zoals dat ook in het lichaam gebeurt.

ERC-beurs om vloeistof te pompen met trilhaartjes

In januari kende de European Research Council (ERC) een subsidie van 150.000 euro toe aan Jaap den Toonder om een commerciële micropomp te ontwikkelen voor ‘orgaan op een chip’-systemen.

Den Toonder: “Met een eerdere subsidie van de ERC hebben we kunstmatige cilia ontwikkeld. Cilia zijn trilhaartjes in het menselijk lichaam die heen en weer bewegen, bijvoorbeeld om slijm te verplaatsen in onze luchtwegen. Om die na te bootsen hebben we flexibele polymeerhaartjes van 100 micrometer lang en zo’n 10 micrometer dik gemaakt. Dat was een langdurige zoektocht waarbij we verschillende maaktechnieken hebben uitgeprobeerd. Ik denk niet dat het ons gelukt was zonder ons Microfab/lab, waar we zoveel technieken binnen handbereik hebben.” Dankzij de femtolaser in combinatie met etsen kon het team uiteindelijk een glazen mal maken, die ze vullen met plastic bij hoge temperatuur en druk om zo de trilhaartjes te maken.

“Deze haartjes zijn voorzien van magnetische deeltjes zodat we ze met behulp van een magneetveld heen en weer kunnen laten bewegen, ronddraaien of wat dan ook. Magnetic artificial cilia, of MAC, noemen we ze. Dit principe willen we nu gaan gebruiken voor een commerciële micropomp, in eerste instantie om in kleine ‘orgaan op een chip’-modules vloeistoffen te verplaatsen.” Vloeistofstroming is erg belangrijk voor ‘orgaan op een chip’-systemen. Niet alleen voor het aanvoeren van voedingsstoffen voor de cellen maar ook omdat de stroming van bloed in de bloedvaten het gedrag van de cellen beïnvloedt. Het is dus fysiologisch van belang om een vloeistofstroming te realiseren in de orgaanmodellen. “Onze trilhaartjes gaan dat mogelijk maken,” aldus Den Toonder. Ook de magneetaandrijving, of ‘MACtuator’, moet dan geminiaturiseerd worden. “Daarmee wordt het ‘orgaan op een chip’-platform compact en simpel. Geen wirwar van slangetjes en vloeistofpompen, maar een MACtuator met één stekker eraan, en daarbovenop allerlei orgaanchips voorzien van micropompjes.” Het geheel kan dan makkelijk in een incubator gezet worden, en moet het onderzoek naar ziektes als kanker versnellen.

Neuromorphic engineering

Yoeri van de Burgt gebruikt het Microfab/lab om elektrische circuits te bouwen die geïnspireerd zijn op de werking van het brein. Neuromorphic engineering noemt hij dit onderzoek, en zijn onderzoeksgroep. “Het brein is erg goed in een aantal dingen zoals patronen en gezichten herkennen, leren, dataverwerking. Computers kunnen die dingen ook, maar verbruiken ook veel energie. Wij bouwen lerende circuits van organische materiaal, van plastic, zeg maar. Deze leren zelf, dus niet via een externe computer. We proberen met deze simpele circuitjes slimme toepassingen te bedenken. Denk bijvoorbeeld aan een robot die leert zijn weg te vinden door een doolhof. Zo’n robot is geen compleet brein natuurlijk, maar het leert wel degelijk. Of een biosensor, die leert om bepaalde ziektestoffen in een druppel zweet te herkennen. Het zijn hele leuke toepassingen van werktuigkunde, van materiaalkunde, van algoritmes. Dat komt allemaal samen.”

Programmeerbare microcircuitjes

Het geheim van de zelflerende circuits van Van de Burgt zijn gemengde organische geleiders: polymeren die zowel ionen als elektronen (of gaten) geleiden. Met een elektrische puls op een aparte gate-elektrode kunnen er meer of minder ionen vanuit een electrolyt in de polymeerstructuur getrokken, waardoor de geleidbaarheid van de structuur blijvend verandert. Met behulp van deze geleiders kunnen de onderzoekers programmeerbare microcircuitjes bouwen. “Deze programmeerbare geleiders zijn eigenlijk kunstmatige varianten van de synapsen die voor verbindingen in de hersenen zorgen,” vertelt Van de Burgt. “We kunnen er neurale netwerken mee bouwen, die leren zoals een brein leert, zonder verbonden te zijn aan een externe computer.” Hij voorziet zulke zelflerende circuits in camera’s of sensors die niet verbonden hoeven te zijn aan externe computers. “Als je met je zelfrijdende auto ergens in de woestijn rijdt, moet die nog steeds gewoon slim kunnen omgaan met die informatie van zijn sensoren.” Met zijn ERC-beurs (zie kader) wil Van de Burgt dat zelflerende vermogen gebruiken om de verbindingen tussen kunstmatige elektronica en biologische systemen ‘slim’ te maken.

ERC-beurs voor een lerende interface tussen mens en machine

Yoeri van de Burgt ontving in november 2023 een Consolidator Grant ter waarde van twee miljoen euro van de European Research Council. Hiermee onderzoekt hij de komende vijf jaar een lerende interface tussen mens en machine.

Van de Burgt: “Ik vind de interface tussen biologie en organische elektronica heel interessant. Op zich is het verbinden van elektronica met het menselijk lichaam niet nieuw. Geïmplanteerde elektroden meten signalen uit de hersenen, of geven signalen aan de hersenen om epileptische aanvallen te onderdrukken. Maar die interface is star. Het kan niet aangepast worden, laat staan zichzelf aanpassen.” Met de Consolidator Grant gaat Van de Burgt werken aan adaptieve verbindingen tussen de twee werelden.

“Stel je voor dat ik een prothese wil aansturen. Ik meet de signalen die de hersenen afgeven en gebruik die om de prothese te laten bewegen. De bewegingen zullen dan niet verfijnd zijn. Of er is beweging, of er is geen beweging. Terwijl je eigenlijk nuance wilt kunnen aanbrengen. Een arm die een ei optilt, beweegt heel anders dan een arm die tennis speelt. In de hersenen zijn de verbindingen adaptief, en dat wil ik ook ontwikkelen voor de interface met kunstmatige systemen, zoals bijvoorbeeld een prothese of een geïmplanteerde insulinepomp.”

In het NEURO-LABS-project zal Van de Burgt werken aan een ‘genuanceerde’ grijpbeweging, aangestuurd door signalen vanuit biologische cellen. “Ik zie een mens-machine-interface voor me die leert van jouw lichaam, van jouw bewegingen, van jouw gedrag. Neurale netwerken zijn bij uitstek geschikt om te leren van veel data. Idealiter gebeurt dat niet door middel van een externe computer, maar doen de elektronische verbindingen tussen biologische cellen en prothese dat lokaal doen. Mijn gemengde organische geleiders zijn het startpunt voor zo’n lerende interface.”

Materiaalontwikkeling

Hoewel zowel Van de Burgt als Den Toonder zich vooral met devices bezighouden, en minder met fundamentele materiaalontwikkeling, is de materiaalkunde nooit ver weg. Van de Burgt: “Ik wil de stabiliteit van mijn organische materialen graag verbeteren. Ze zijn gevoelig voor zuurstof. En de geprogrammeerde geleidbaarheid blijft ook niet eeuwig. Een andere materiaalkundige uitdaging is de fabricage van de circuits.” Omdat de polymeren oplosbaar zijn in water, zijn conventionele lithografietechnieken niet bruikbaar om circuits van meerdere devices te bouwen. “We stapelen nu twee niet-geleidende paryleenlaagjes met een soort zeep ertussen. Vervolgens maken we gaten in de bovenste laag, die we vullen met geleidend polymeer. Tenslotte pellen we de toplaag eraf. Een heel karwei, zeker als je grotere circuits wil maken. De afgelopen jaren hebben we hard gewerkt aan een methode om wateroplosbare polymeren bestand te maken tegen standaardlithografiestappen.” Den Toonder: “Er is ook een soortgelijke materiaalontwikkeling nodig om betere 3D-printers te bouwen. De resolutie van deze printers wordt bepaald door de materiaaleigenschappen van de inkt, en daar kan nog veel aan verbeterd worden. Dat zou ons enorm helpen.”

Wat is de 4TU-dimensie van het werk in het Microfab/lab?

Van de Burgt geeft aan dat zijn groep polymeren uit Groningen gebruikt, en Den Toonder legt uit dat zijn ‘orgaan op een chip’-werk sowieso sterk landelijk georiënteerd is, gecoördineerd door het Human Organ and Disease Model Technology (hDMT)-consortium. “Samen met partners in heel Nederland ontwikkelen we een generiek platform waarin allerlei ‘orgaan on een chip’-technieken gecombineerd kunnen worden. Het platform zelf wordt in Twente gemaakt. In Eindhoven maken we allerlei chips die op dat platform passen. En in Delft wordt gewerkt aan sensoren die we op het platform willen integreren. We zouden als TU’s ook alles zelf kunnen proberen te doen, maar ik denk dat het beter is als elke TU zijn eigen sterktes versterkt en dan samenwerkt. Het 4TU-platform zit, misschien ook wel onbewust, bij een heleboel mensen in het systeem. Dankzij 4TU kunnen we elkaar makkelijker vinden.”

Materiaalspecifiek leren

Van de Burgt benadrukt dat er veel raakvlakken zijn tussen de 4TU-partners, bijvoorbeeld omdat ze dezelfde materialen gebruiken, zoals het elektrisch geleidende polymeer PEDOT:PSS of nanodeeltjes, of omdat ze vergelijkbare systemen onderzoeken. “We hebben goede contacten, maar een groot samenwerkingsproject zou welkom zijn. Er liggen veel mogelijkheden tot samenwerking. Ik zou de biologische sensors uit Delft wel willen koppelen met mijn lerende systemen. We gebruiken allemaal organische PEDOT:PSS. Of met Groningen en Twente een nog fundamentelere uitdaging aangaan: kunnen we de leertheorie van lerende systemen afstemmen op het materiaal dat moet leren? Elk materiaal is anders, maar de leertheorie is in principe altijd dezelfde. Het is een beetje een ‘holy grail’ als we de materiaaleigenschappen kunnen gebruiken om het leerproces efficiënter te maken. Als je bijvoorbeeld een niet-lineaire activatiefunctie wil implementeren in een neuraal netwerk, dan kan dat heel efficiënt met een materiaal dat niet-lineair reageert op externe impulsen. Daar houden de algoritmes nu nog geen rekening mee. In 4TU-verband zouden we dat kunnen pionieren.”

Flinke happening

Terug naar het Microfab/lab, dat momenteel compleet verbouwd wordt. Den Toonder: “In de basis blijft alles hetzelfde, alleen beter en spiksplinternieuw: luchtbehandeling, elektrische installatie, klimaatcontrole, zuurkasten, infrastructuur voor gassen, enzovoort. Dat gaat ons onderzoek enorm helpen.” Tot die tijd zijn Den Toonder, Van de Burgt en de andere Microsystems-groepen aangewezen op het tijdelijke lab. Van de Burgt: “Van binnen ziet dat er al prachtig uit, maar ik denk dat iedereen toch blij zal zijn als ons eigen lab weer opengaat.”

Na vier jaar promoveren aan Wageningen University & Research is voedingstechnoloog Dr. Emma Hinderink recent als postdoc aan de TU Delft begonnen. “Dat was een hele overstap. Waar we in Wageningen altijd spreken over de eiwittransitie om de wereld te redden, gaat het in Delft vooral over de energietransitie.” Toch was die verandering van perspectief precies wat Hinderink zocht na haar succesvolle onderzoek naar eiwitemulgatoren om voedingsmiddelen te mengen. Ze zei de Wageningse eiwitten vaarwel, maar gaat in Delft onverstoord verder met het mengen van het onmengbare.

Tekst en interview: DBAR science writer & editor
Foto's: Emma Hinderink & Karin Schroën
(The English version of this interview is also available: Mixing the immiscible.)

Gestabiliseerde druppels

Wat hebben melk en bitumen gemeen? Net als talloze andere vloeibare, stroperige of smeerbare producten zijn het mengsels van vloeistoffen die eigenlijk niet mengbaar zijn. Door druppels van de ene vloeistof te omringen met een stabiliserend laagje van zogenaamde emulgatoren kunnen ze netjes verdeeld worden over de andere vloeistof en ontstaat er een stabiele emulsie. Hinderink: “In Delft kijken we naar de vloeistofdynamica van deze emulsies. Wat gebeurt er met de druppels tijdens weinig zachtzinnige processtappen? Ze kunnen vervormen, samensmelten, uiteenvallen of groepen vormen die collectief bewegen. Het is een rijke dynamiek.”

De ideale vervanger

“Ook in Wageningen werkte ik aan emulsies, maar dan emulsies in voedingsmiddelen zoals zuivelproducten. Deze maken vooral gebruik van eiwitemulgatoren afkomstig uit melk. In het kader van de eiwittransitie wordt volop gezocht naar plantaardige alternatieven.” Plantaardige eiwitten zijn er in principe in overvloed: ze kunnen gewonnen worden uit talloze bronnen zoals peulvruchten of zeewier. Maar zijn ze dan ook bruikbaar als emulgator in voedingsmiddelen? Hinderink: “Melkeiwitten zijn onovertroffen in hun functie als emulgator. Helemaal vervangen door plantaardige eiwitten zal daarom niet makkelijk zijn. Ik heb gekeken naar de mogelijkheden om mengsels van plantaardige en dierlijke eiwitten te gebruiken. Als een stap in de goede richting.”

Twijfels

Hinderink richtte zich specifiek op eiwitten die uit erwten gewonnen zijn. Als emulgator presteren deze niet zo goed als melkeiwitten maar ook niet zo slecht dat ze niet nuttig ingezet kunnen worden. Hoe goed zou een mix van de twee soorten presteren? Ondanks de hoop van promotor Karin Schroën (zie kader) dat de eiwitten bij de juiste mix elkaar zouden versterken, had Hinderink zo haar twijfels of de mengsels een succes zouden zijn. “Maar het waren bovenal fascinerende systemen om aan te werken omdat ze zo complex zijn. De eiwitten in de mengsels waren zo verschillend, dat het ontrafelen van de interacties tot allerlei fundamentele inzichten leidde over het gedrag van eiwitten in emulsies. Die fundamentele aspecten zijn wat me motiveert. Ik wil precies weten waarom er gebeurt wat er gebeurt, zodat ik die kennis kan toepassen op andere systemen.”

Produceren van voedselmaterialen kan duurzamer

“Er is nog veel onbekend over wat er in emulsies gebeurt. Mooi hè? Dat betekent dat ik voorlopig nog een baan heb,” zegt Prof.dr.ir. Karin Schroën, hoogleraar Food Process Engineering aan Wageningen University & Research en parttime professor Membrane Processes for Food aan de Universiteit Twente. Toen Hinderink bij haar solliciteerde, herinnerde ze zich de student nog van een bachelorproject in haar groep. “Toen merkten we al dat ze gefascineerd was door onze emulsies en dat ze niet snel zou opgeven.” Hinderink kreeg de baan.

Karin Schroën, hoogleraar Food Process Engineering (WUR)

Schroën is gedreven om de productie van voedselmaterialen slimmer en duurzamer te maken. “Ik zie nog steeds vooral de traditionele aanpak. Apparaten worden zo lang mogelijk gebruikt in plaats van vervangen. Ik probeer mensen te overtuigen van de meerwaarde van nieuwe productieprocessen maar het bouwen van productielijnen is kostbaar. Wij hebben technologie klaarstaan om goed gedefinieerde emulsies te maken maar dan met 5% van de energie die normaliter nodig is. Het kan! Maar de vraag is, wie durft het op te pakken?”

Naast haar werk in Wageningen en Twente maakt Schroën deel uit van het managementteam van het 4TU.Research Centre High-Tech Materials (4TU.HTM). “Binnen dit team probeer ik mensen te overtuigen dat levensmiddelen hele mooie materialen zijn. Vreemde materialen, niet standaard, maar wel heel relevant. Ze vertonen verrassend gelijkwaardig gedrag aan materialen die meer ‘mainstream’ zijn. Een mooi voorbeeld is dat chocola en staal bepaalde eigenschappen gemeenschappelijk hebben. Zachte materialen verdienen meer aandacht maar timmeren hard aan de weg. Ik probeer het perspectief van de materiaalkunde in Nederland wat breder te trekken.”

Miniatuurlaboratoria

Innovatief aan het onderzoek van Hinderink was het gebruik van microfluïdische testsystemen: kanaaltjes van een tiende millimeter in doorsnee waar de emulsies doorheen stromen. Met camera’s kunnen de gestabiliseerde druppels een voor een gevolgd worden. “De productie van levensmiddelen vindt veelal plaats in grote roestvrijstalen ketels vol ondoorzichtige witte mengsels. Probeer daar maar eens doorheen te kijken om de processen op de voet te volgen: het zijn ‘black boxen’. Zowel de kanalen als de stromen van onze miniatuurlaboratoria zijn zo dun dat licht er gewoon doorheen kan. Daardoor kunnen we zowel het emulgeerproces als de stabiliteit van de gevormde druppels bestuderen met behulp van lichtmicroscopen.” Hinderink was de eerste die keek naar de vervormbaarheid van eiwitgestabiliseerde druppels op zeer korte tijdschalen, tot op tienden van seconden. “Het emulgeerproces start razendsnel na het samenvoegen van vloeistoffen en emulgatoren. Wat je op de schaal van minuten tot uren en langer ziet gebeuren, vindt zijn oorsprong in de eerste milliseconden. Als je die eerste momenten begrijpt, kun je het proces verder verbeteren.”

Samensmelting

Wat gebeurt er in die eerste momenten? “We zagen dat de melkeiwitten onmiddellijk een laagje vormden om de oliedruppels in water, terwijl de erwteneiwitten ongeveer een seconde nodig hadden. Indien beide soorten tegelijk aanwezig waren, zaten de erwteneiwitten eerst de netwerkvorming nog in de weg, maar gaandeweg ontstond toch een stabiele gemengde eiwitlaag.” Door te kijken naar de samensmelting van druppels die elkaar in de microfluïdische kanaaltjes tegenkwamen, zag Hinderink dat melkeiwitten de druppels daar beter tegen beschermden, en dat eiwitmengsels daar aanmerkelijk slechter in slaagden. “Het samengaan of de coalescentie van druppels is een essentieel onderdeel van het verhaal van emulsies. Voor de ene toepassing wil je dat absoluut niet, voor de andere juist wel. Onze metingen leggen de link tussen coalescentie en eiwitsamenstelling op het niveau van enkele druppels.”

Rustgevend om naar te kijken

Daar waar simpele druppels al langer met microfluïdische systemen werden bestudeerd, was dit iets compleet nieuws voor onderzoek aan levensmiddelen. Deze materialen staan bol van stoffen die het druppeloppervlak opzoeken, legt Schroën uit. “We deden tot dusver vooral metingen aan stationaire modelsystemen, maar nooit aan druppels die bewegen in vloeistofstromingen zoals die ook aanwezig zijn tijdens grootschalige productieprocessen. Die stromingen kunnen we nabootsen in onze microfluïdische kanalen.” Hinderink is lyrisch over de metingen. “Mensen zouden de filmpjes moeten zien van emulsies die door de kanalen stromen. De druppels vervormen, botsen en gaan soms samen, om daarna weer door te stromen. Het is rustgevend om naar te kijken. Ik kan er echt blij van worden. Maar los daarvan denk ik dat de techniek een eyeopener kan zijn voor het vakgebied. Het levert een schat aan nieuwe inzichten op.”

Verdringing

Naast stromen vol druppels in microfluïdische systemen, onderzocht Hinderink ook de competitie tussen verschillende soorten eiwitten op stationaire druppels. Nadat druppels gestabiliseerd zijn door eiwitten van één soort, kunnen ze verdrongen worden door eiwitten van een ander soort. Hinderink ontdekte dat eiwitten afkomstig van erwten er niet in slaagden om melkeiwitten te verdringen; andersom bleek dat wel te gebeuren. Ze toonde vervolgens aan dat dit laatste energetisch voordelig is omdat het netwerk van melkeiwitten een stuk elastischer is, en dus makkelijker de bolvormige druppels bedekt dan het stijvere netwerk van erwteneiwitten. “Dit type onderzoek is in de jaren tachtig al eens gedaan, maar nooit voor mengsels van melk- en plantaardige eiwitten. Tegenwoordig zijn er zulke coole technieken om de krachten in eiwitnetwerken te meten, en om verschillende soorten eiwitten een voor een toe te voegen; dat kon toen niet.” Het verschijnsel van gecontroleerde eiwitverdringing kan gebruikt worden om gemengde eiwitlaagjes om druppels te realiseren, met iedere gewenste samenstelling en combinatie van eigenschappen.

Productieprocessen verbeteren

Industriële partners zijn enorm geïnteresseerd in Hinderinks onderzoek, aldus promotor Schroën. “Ze staan open voor nieuwe inzichten,” vertelt Hinderink. “Telkens als ik nieuwe resultaten presenteerde, hoorde ik ze zeggen dat ze al een vermoeden hadden. Bedrijven hebben een rijkdom aan praktische ervaringen met emulsies; ik had de kans om het goed uit te zoeken.” Hinderink verwacht dat de industrie haar uitkomsten kan gebruiken om met kleine aanpassingen hun productieprocessen verder te verbeteren, bijvoorbeeld om ze energiezuiniger te maken. “In Delft werk ik nu aan een modelsysteem dat zo algemeen is dat de uitkomsten toepasbaar moeten zijn op alle typen emulsies, van geneesmiddelen tot crèmes. Daar waar de olie-industrie op zoek is naar manieren om mengsels van olie en water snel te ontmengen door de emulsies te destabiliseren, willen levensmiddelenbedrijven ze juist zo stabiel mogelijk maken. Ik hoop dat ik iedereen nuttige inzichten kan bieden!”

Verschillende gezichtspunten

Nu Hinderink van Wageningen naar Delft is gegaan, ondervindt ze de synergie waar ook het 4TU.Research Centre High-Tech Materials (4TU.HTM) naar streeft. “Waar ik snel denk in termen van grensvlakken tussen materialen, wordt er in Delft vooral gekeken naar materiaaleigenschappen zoals viscositeit. Het is verleidelijk om te blijven hangen in je eigen gedachtegang. Het samenbrengen van verschillende gezichtspunten is daarom ontzettend waardevol. We openen elkaars ogen voor nieuwe aspecten van hetzelfde systeem.” Naast gezichtspunten gaat het ook om meettechnieken. “In Delft leer ik met nieuwe technieken te werken, inclusief data-analysemethoden.” Al tijdens haar promotiewerk was Hinderink erop gebrand meerdere meettechnieken te combineren om zo alle tijds- en lengteschalen van de emulsies af te dekken. “Pas op,” zegt ze lachend, “geen begeleider mag ooit meer zeggen dat je ‘het maar eventjes moet gaan meten.’ Voordat je een nieuwe meettechniek onder de knie hebt, ben je al snel een maand verder.”

Temperamentvol

Met tien papers is Hinderinks promotietraject bijzonder succesvol te noemen. Terugkijkend concludeert ze dat ze het nodige geluk heeft gehad. Behalve het onverwachte vertrek van haar dagelijkse begeleider Dr. Claire Berton-Carabin naar Frankrijk, ondervond ze geen grote tegenslagen. Schroën was onder de indruk van haar werklust: “Microfluïdische chips zijn temperamentvol. Soms hebben ze kuren. Dat kan irritant zijn maar als je Emma heet dan ga je net zolang door tot alles werkt. Binnen een jaar had ze al genoeg data voor vier papers. Ze was niet uit het lab weg te slaan.” Hinderink: “Ik begon graag om 7 uur ‘s ochtends, dan kon ik twee uur lang in alle rust werken voordat de studenten het lab overnamen. De coronapandemie zorgde ervoor dat ik achter de computer ben gaan zitten en mijn proefschrift ben gaan schrijven. Gelukkig was mijn labwerk net klaar.”

Eiwittransitie

Terug naar de eiwittransitie. Hoe ziet Hinderink de overgang van emulgatoren op basis van dierlijke eiwitten naar duurzamere varianten? “De ontwikkelingen gaan nu snel maar toch denk ik niet dat de overstap makkelijk zal zijn. Op dit moment proberen we het ene eiwit een-op-een door het andere te vervangen. Die aanpak is niet logisch want dierlijke en plantaardige eiwitten hebben onvergelijkbare functionaliteiten. Geen enkel plantaardig eiwit kan de vergelijking met melkeiwitten doorstaan. In de woorden van Einstein: “if you judge a fish by its ability to climb a tree, it will live its whole life believing that it is stupid.” Ik denk dat we deze aanpak los moeten laten. In plaats daarvan moeten we gaan kijken naar wat de unieke kracht is van een specifiek plantaardig eiwit en die gebruiken. Dat betekent dat we producten anders moeten formuleren en processen moeten aanpassen.” Voorlopig is het niet Hinderink die hieraan werkt, maar zeg nooit nooit. “Waar ik ook heen ga, Claire [Berton-Carabin], Karin [Schroën] en ik verzinnen wel een smoes om met elkaar in contact te blijven. En om weer een project samen te doen.”

Emma Hinderinks publicaties staan onder andere in tijdschriften zoals Food Hydrocolloids, Scientific Reports, Food Research International, Colloids and Surfaces, Journal of Colloid and Interface Science & LWT - Food Science & Technology. Haar meest recente artikel werd in september 2021 gepubliceerd in Food Hydrocolloids:

'Early film formation in protein-stabilised emulsions: Insights from a microfluidic approach', Hinderink, E. B. A., de Ruiter, J., de Leeuw, J., Schroen, C. G. P. H., Sagis, L. M. C. & Berton-Carabin, C. C., September 2021, In: Food Hydrocolloids, Volume 118, 12 p., 106785. https://doi.org/10.1016/j.foodhyd.2021.106785

“Als we geen maatregelen nemen, dan blijft het nog 100 jaar zo”
september, 2020

Hoeveel mensen er bij haar promotie aan Wageningen Universiteit & Research aanwezig mogen zijn, is nog afhankelijk van de steeds veranderende coronarichtlijnen, maar duidelijk is wel dat er niet genoeg plaatsen zullen zijn voor alle mensen die ze in haar proefschrift hartstochtelijk bedankt. Die kunnen dan via een livestream meekijken. Met haar succesvolle materialenonderzoek, inclusief twee artikelen in toptijdschriften Nature Communications en Advanced Materials, wil aanstaand doctor Hanne van der Kooij laten zien dat mensen met een functiebeperking ook succesvol kunnen zijn in de wetenschap.

Tekst en interview: Diederik Rep
Foto’s: Leonie Voets
(The English version of this interview is also available.)

Hek van de dam

Als promovenda bij Prof. Joris Sprakel en Prof. Jasper van der Gucht in de groep Fysische Chemie en Zachte Materie werkte Van der Kooij (1989) aan een project van het Dutch Polymer Institute, medegefinancierd door bedrijven uit de verfindustrie. De opdracht: beter inzicht verkrijgen in het droogproces van verf op waterbasis. Sleutel tot dat gedrag is de collectieve dynamiek van de moleculen, die op allerlei manieren bewegen en elkaar beïnvloeden terwijl de verf droogt en verandert. “We weten dankzij geavanceerde microscopietechnieken veel over de individuele bouwstenen, bijvoorbeeld hoe twee verfdeeltjes elkaar beïnvloeden, maar wat gebeurt er als je ontelbaar veel moleculen bij elkaar hebt, zoals in drogende verf? Het is juist de samenwerking tussen grote groepen moleculen die leidt tot het macroscopisch zichtbare gedrag van materiaalsystemen.” Een snelle techniek die diep binnenin de drogende verf kon kijken zonder het droogproces te verstoren, bestond nog niet, totdat de Wageningers aan de slag gingen met Laser Speckle Imaging (LSI), een techniek uit de medische hoek. “Toen bleek dat LSI zoveel meer potentie heeft dan alleen het bestuderen van verf, was het hek van de dam,” vertelt Van der Kooij. Haar proefschrift laat zich lezen als een liefdesbrief aan de techniek.

Verstrooiing

Veel soorten verf zijn niet transparant, waardoor optische microscopiemethoden niet gebruikt kunnen worden: het licht van de microscoop wordt te veel verstrooid door de deeltjes die zich in de verf bevinden. Het team in Wageningen besloot een laser op de verf te richten en van die verstrooiing een deugd te maken. LSI laat een laserbundel verstrooien aan een materiaal en de verstrooide lichtstralen met elkaar interfereren; een snelle camera registreert vervolgens een ruisachtig verstrooiings- en interferentiepatroon. Dat ruispatroon zelf is lastig te ontcijferen, maar LSI komt tot zijn recht zodra er een van de verstrooiende deeltjes beweegt. Zelfs de kleinste verplaatsing, tot minder dan 1 nanometer (oftewel 1 biljoenste meter, de schaal van enkele atomen), zorgt voor meetbaar grote veranderingen in het ruispatroon. De bijzondere prestatie van Van der Kooij en het team in Wageningen is dat ze dit principe hebben omgebouwd tot een veelzijdige materiaalkundige meettechniek die kwantitatieve resultaten oplevert.

Van vier naar vijf dimensies

“We hebben alles wat bekend was over de techniek samengevoegd. Wat wij nu uit de ruwe data halen is uniek, dat is nog nooit eerder gedaan. De voorloper van LSI werd toegepast zonder ruimtelijke resolutie; het keek naar 1 pixel. Wij hebben de rekenmethodes voor 1 pixel doorgetrokken naar een raster van pixels. Het resultaat is een camera-gebaseerde, kwantitatieve analysemethode die ruimtelijk opgeloste plaatjes genereert. Dat maakt LSI zo krachtig. We hebben er ook een eigen touch aan gegeven: spectrale resolutie. Dat betekent dat we in één klap alle dynamische processen — van razendsnel trillende moleculen tot trage vervormingen op macroschaal — in kaart kunnen brengen.” Daarmee werkt LSI in vier dimensies: twee ruimtelijke dimensies, de dimensie tijd en de spectrale dimensie. “Mijn collega-promovendus werkt nu aan het toevoegen van nog een ruimtelijke dimensie zodat we ook kunnen instellen hoe diep we in een materiaal kijken. Dat kan nu nog niet; we middelen over alle dieptes die de laser bereikt. Dieptegevoeligheid is een heilige graal voor LSI.”

Zijprojecten

Hoogleraren Sybrand van der Zwaag (TU Delft) en Dirk Broer (TU Eindhoven) hoorden Van der Kooij haar LSI-resultaten presenteren. Ze waren direct enthousiast en benaderden haar om de nieuw techniek toe te passen op hun eigen materiaalsystemen: zelf-helende elastomeren in Delft en elektrisch aanstuurbare vloeibare kristallen in Eindhoven. De ‘zijprojecten’ die hieruit voortvloeiden, leverden de meest spraakmakende resultaten van haar promotie op. “Het wrong een beetje dat ik daardoor minder tijd aan de verven kon besteden. Ik hoop dat de verfproducenten toch waar voor hun geld hebben gekregen. Dankzij de samenwerking met Eindhoven en Delft is LSI tot grotere hoogte getild, dat was nooit gelukt als we ons beperkt hadden tot verf. Een versie van onze LSI-apparatuur wordt nu gebruikt door een verfproducent in hun eigen onderzoek naar het droogproces. Voor slechts 160 euro aan onderdelen heeft mijn collega ook een draagbare LSI ontwikkeld, die nu wordt ingezet bij de restauratie van schilderijen in het Rijksmuseum, hopelijk zelfs op De Nachtwacht. Mijn fascinatie voor verf zal altijd blijven.”

Voorbeeldwetenschappers

Van der Kooij is lyrisch over de samenwerkingen die tijdens haar promotie ontstonden. “Samen kunnen we uiteindelijk zoveel meer dan alleen. In gesprek met anderen, of het nou studenten of hoogleraren zijn, heb ik zoveel nieuwe dingen geleerd.” Wat is het recept voor een succesvolle samenwerking volgens Van der Kooij? “Zoek complementaire expertise, kom met een concrete vraag en hou de communicatie gaande.” Platformen als het Dutch Polymer Institute en de federatie van technische universiteiten, 4TU, kunnen daaraan bijdragen. “Succesfactor in onze samenwerking met Eindhoven en Delft is dat we op dezelfde golflengte zaten; we hadden allemaal de wens om de samenwerking tot bloei te laten komen.” Broer en Van der Zwaag noemt ze voorbeeldwetenschappers: “zij laten zien dat je zowel een excellente wetenschapper kan zijn - want dat zijn ze - maar ook een team player.”

Droombaan

Na de formele afsluiting van haar promotieonderzoek blijft Van der Kooij in de groep waar ze de afgelopen jaren werkte. “Mijn promotie was vooral op mijn eigen cv gericht. In mijn nieuwe functie ben ik er juist voor anderen. Als manusje van alles kan ik verantwoordelijkheden en taken van andere stafleden overnemen waar nodig. Ik hoef dus niet zelf mijn eigen groep op te starten, en mezelf omhoog te vechten, maar ik kan wel anderen helpen in hun gevecht.” Deze nieuwe functie als ‘staff scientist’ is speciaal voor haar in het leven geroepen. “Het is mijn droombaan,” aldus Van der Kooij. “Ik generaliseer, maar vrouwen zijn van nature meer gericht op sociale cohesie. Mannen hebben iets meer de neiging om zichzelf stoerder voor te doen dan ze werkelijk zijn. Ze zijn van nature betere autoverkopers. En dat is nodig om jezelf op te werken tot hoogleraar. Dat gevecht past minder bij mij. Ik word het gelukkigst van andere mensen ondersteunen.” Op termijn kan de nieuwe functie zich misschien terugverdienen. “Er zijn genoeg subsidieprogramma’s die gericht zijn op samenwerkingen, waarbij voorstellen worden ingediend door een hoofdindiener en een mede-indiener. Ik zou graag dolgraag die mede-indiener zijn.”

Proactieve maatregelen

Van der Kooij draait er niet omheen dat het feit dat ze een jonge vrouw is, helpt om onderzoeksfinanciering binnen te halen. Hoewel de inbreng van vrouwen in de Nederlandse wetenschap de laatste jaren stijgt, zijn er weinig landen in de wereld met zo weinig vrouwelijke wetenschappers. “Ik dacht jarenlang dat dit probleem zichzelf zou oplossen, en dat vrouwen gewoon wat meer voor zichzelf moesten opkomen. Maar het gaat te langzaam; er is nog steeds een tekort aan jonge vrouwen. Onder promovendi en postdocs is de verhouding nog goed, maar daarna gaat het mis. Ik heb veel bewondering voor mensen die wel verder gaan, want je moet keihard werken, superslim zijn en geluk hebben. Weinig vrouwen hebben zin in het gevecht met hun mannelijke concurrenten en in het haantjesgedrag.” Van der Kooij pleit voor proactieve maatregelen, zoals recent bij de TU Eindhoven, waar vacatures allereerst open stonden voor vrouwen en daarna pas voor mannen. “Je hebt echt voorbeelden nodig. Als er aan de top niet genoeg zichtbare vrouwen staan, dan worden de verhoudingen te traag gelijkgetrokken.”

Functiebeperkingen

“Maar het gaat om meer dan de man-vrouwverhouding. Het gaat ook om mensen met een andere huidskleur, een andere geaardheid, of met een functiebeperking, zoals ik. In de wetenschap zie je vooral heteroseksuele witte mannen die voltijds werken. Dat is onbewust erin geslopen en verandert niet zomaar, niet spontaan. Als we geen maatregelen nemen dan blijft het nog 100 jaar zo. Ik heb helemaal niet de ambitie om zo bekend te staan, maar ik wil toch open zijn over mijn eigen functiebeperkingen, om mensen in een soortgelijke positie te inspireren. Mijn mentale gezondheid is niet zo goed als die van anderen. Ik heb een mooie cocktail van kleine rugzakjes. Ik heb meer tijd nodig voor mezelf, om alles een plekje te geven, indrukken te verwerken. De wetenschap is door haar onvoorspelbaarheid een chaos voor iemand met beperkingen op het autismespectrum. Voltijds werken lukt me daarom niet. Daarentegen leggen mijn hersenen sneller verbanden, ik zie allerlei details. Dat is ook een kracht.”

Taboe

Het is een taboe in de maatschappij als geheel, niet alleen in de wetenschap, constateert Van der Kooij. “Hier in Wageningen kan ik er open over zijn, maar dat is niet overal zo. Ik ken genoeg mensen met beperkingen, zoals bijvoorbeeld ADHD, autisme of depressiviteit, die daarmee niet naar de bedrijfsarts gaan. Ze willen dat stempel niet, omdat het hun kansen op een carrière kan schaden. Ik snap het wel: niemand wil een zieke werknemer, ik zou ook liever volledig gezond willen zijn. Als je niet kunt werken vanwege een gebroken been, dan zal iedereen dat begrijpen. Maar iemand die last-minute afzegt omdat hij depressief thuis zit? Er is te weinig ruimte om het daarover te hebben. En dan lijkt het alsof het amper voorkomt. Maar iedereen heeft toch wel wat? Ik denk dat dit soort mentale beperkingen juist vaak samengaan met unieke mentale krachten. Ik wil mezelf geenszins vergelijken met genieën, maar kijk naar Einstein en Tesla. De grootste genieën hebben de grootste mentale beperkingen. Ik merk dat bijvoorbeeld bepaalde vormen van autisme juist meer voorkomen bij intellectuele groepen.”

Rat race

Het is een kwetsbaar onderwerp, geeft Van der Kooij aan. Misschien dat daarom verandering niet afgedwongen kan worden. “Je moet zeer sterk in je schoenen staan, mentaal en fysiek, om je staande te houden in de wetenschap. Als je dat niet kunt of wilt, dan val je af. Ik zou zijn afgevallen als Joris [Sprakel] en Jasper [van der Gucht] mij deze unieke kans niet hadden geboden. Mijn groep kent mijn beperkingen en houdt er geweldig rekening mee. De vrijheid en het begrip zijn hier uitzonderlijk. Ik denk weleens: dit ga ik echt nergens anders meer vinden. Ondanks mijn functiebeperkingen kan ik een mooie rol in de wetenschap spelen, ben ik waardevol, ook als ik niet voltijds werk. Als je minder dan voltijds werkt, heb je ook meer tijd om creatief te zijn, om resultaten te laten bezinken. Je zit minder vast in de rat race, je kunt meer afstand nemen. Kwaliteit boven kwantiteit. Ik zie dat mijn collega’s die 80% werken het fantastisch doen, je ziet het niet aan hun cv.”

Je bent niet alleen

Wat adviseert Van der Kooij mensen met soortgelijke beperkingen? “Wees er eerlijk over - je werkgever heeft er recht op om het te weten en bovendien is het zoveel prettiger als men je toestand kent. Je hoeft het niet aan de grote klok te hangen maar als mensen het vragen, wees er dan eerlijk over. Het is heel spannend om erover te praten maar er is meer begrip dan je denkt. Uiteindelijk kennen de meeste mensen wel mensen met een soortgelijke problematiek. Er is zoveel fysiek en mentaal leed op deze aarde; het komt veel meer voor dan je denkt. Wees niet bang om je te uiten – je bent niet alleen. En als je op onbegrip botst, zoek dan een andere plek, want voor zo’n werkgever wil je misschien niet werken. Het is belangrijk om je veilig te voelen, om jezelf te kunnen zijn, om eerlijk te mogen zijn. Natuurlijk, het is een baan, dus je beste beentje voorzetten en soms je eigen problematiek opzijzetten, hoort erbij. Maar je komt beter tot je recht in een omgeving waar je gewaardeerd, gerespecteerd en begrepen wordt. Dat heb ik zelf mogen ervaren.”

Minder onmisbaar

Terug naar de aanstaande promotie en de LSI-techniek. Hoe ziet Van der Kooij de toekomst van ‘haar’ techniek voor zich? “Mijn droom voor de toekomst is om de techniek toe te passen op nog veel meer bijzondere materialen, en om meer inzicht te krijgen in de collectieve bewegingen die van hele kleine lengte- en tijdsschalen uitgroeien naar macroscopische materiaalveranderingen.” De dans der moleculen, noemt ze het. Staat er straks een LSI in ieder materialenlaboratorium? “Ik hoop dat zelfs onze smartphones straks LSI-technologie bevatten! Maar ik vrees dat we zelf te weinig affiniteit hebben met het commercieel uitbaten van onze LSI-expertise. Wie dat wil doen, neem vooral contact met ons op. Wij willen met name gaaf wetenschappelijk onderzoek doen en de maatschappij iets teruggeven. Sterker nog, ik heb liever dat iedereen LSI gaat gebruiken. In mijn nieuwe functie hoef ik niet alleen aan mijn eigen cv te denken, ik kan mezelf minder onmisbaar maken. Stuur het maar de wereld in, ik denk dat we daar uiteindelijk veel gelukkiger van worden.”

Dr. Hanne van der Kooij is a staff scientist at Wageningen University & Research in the Physical Chemistry and Soft Matter group of prof. Jasper van der Gucht.

De Universiteit van Nederland toont vijf colleges over slimme materialen van onderzoekers aan Delft University of Technology en Eindhoven University of Technology.

Prof.dr. Kees Storm
Theory of Polymers & Soft Matter group, TU/e
Waarom besta jij uit slechts vier puzzelstukjes?
Prof.dr.ir. Erik Schlangen
Materials, Mechanics, Management & Design, Materials & Environment, TU Delft
Hoe kan een betonnen huis z'n eigen scheuren repareren?
Prof.dr. Carlijn Bouten
Cell-Matrix Interaction for Cardiovascular Tissue Regeneration group, TU/e
Hoe kun je van plastic levende hartkleppen maken?
Ir. Sebastien Callens & ir. Ingmar van Hengel
Mechanical, Maritime and Materials Engineering , TU Delft
Wat hebben Japanse origami en botimplantaten met elkaar gemeen?
Dr. Liesbeth Janssen
Theory of Polymers & Soft Matter group, TU/e
Waarom is glas het grootste mysterie van de natuurkunde?

Inleiding
Bij het begrip pingpongballen denken we niet direct aan wetenschap. Toch wist prof. Willie Burgers (hoogleraar Fysische Scheikunde aan de TU Delft tussen 1940 en 1967, één van de founding fathers van de afdeling Materiaalkunde) sets pingpongballen te gebruiken als wetenschappelijke instrumenten om atomaire structuren te onderzoeken en beschrijven. De pingpongballenmodellen werden gebruikt om aankomende ingenieurs basisbegrippen van structuren in materialen bij te brengen en om wetenschappelijke inzichten daarin te ontwikkelen. Het mooie is dat deze modellen, bestaand uit aan elkaar gelijmde pingpongballen of met veertjes verbonden houten bolletjes, nog steeds gebruikt worden. Met name in het onderwijs werkt het toch veel beter om 3D-structuren in je hand te houden en van alle kanten te kunnen bekijken dan ze op een beeldscherm te zien draaien.

Pingpongballen en atomen
De pingpongballen staan voor atomen. Atomen vormen de kern van alle materialen en zijn daarom van groot belang voor alle technologische ontwikkelingen. De ordening van atomen in een materiaal (de “structuur”) bepaalt de eigenschappen van dat materiaal. Een mooi voorbeeld is het element koolstof. Als de koolstofatomen in een gelaagde structuur van zeshoeken geordend zijn noemen we het materiaal grafiet en kunnen we er potloden van maken. We gebruiken het ook als smeermiddel. Als de koolstofatomen in een driedimensionale kubische kristalstructuur gerangschikt zijn, noemen we het materiaal diamant en dat is het hardste materiaal dat ons bekend is. We gebruiken de koolstofatomen dan als schuurmiddel. Beide materialen komen in de natuur voor, maar in de afgelopen decennia zijn ook kunstmatige varianten van koolstof ontwikkeld, zoals fullereen (“bucky balls”), nanotubes en grafeen. En dat allemaal op basis van alleen koolstofatomen. Ook voor metalen geldt dat de structuur bepalend is voor de eigenschappen en daarmee voor de toepasbaarheid. Prof. Burgers begreep in de vijftiger jaren heel goed dat wetenschappelijk onderzoek en onderwijs nodig was op het gebied van de metaalkunde om de relaties tussen vormingsprocessen, structuur en eigenschappen van metalen beter te begrijpen, met als doel om metalen met nieuwe en verbeterde eigenschappen te kunnen ontwikkelen. Zijn gelijk werd in die jaren bevestigd door het oprichten van het grootste pingpongballenmodel ter wereld, het Atomium in Brussel.

Lees verder (over dislocaties en fasetransformaties):
Pingpongballen als wetenschappelijk instrument (Pdf file)

Uit: 175 jaar TU Delft. Erfgoed in 33 verhalen. P.TH.L.M. van Woerkom (red.), uitgave Histechnica, 2017.

Fig.: Een pingpongballenmodel met een dislocatie, een Burgerscircuit (blauw) en de Burgersvector (rood).

Prof.dr.ir. J. Sietsma is metaalkundige (TU Delft: ir. 1981, dr. 1987), sinds 2009 hoogleraar aan de TU Delft, met leeropdracht Microstructure Control in Metals. Zijn voornaamste expertise ligt in de fysische en thermodynamische processen bij de vorming en het gedrag van microstructuren in metallische legeringen. Hij werkt aan de fundamentele aspecten van de productie van metalen en het gedrag van materialen in een wijd scala van toepassingen.

Also look at this video in which prof. Bragg discusses crystal defects: Experiments w/ the Bubble Model of a Metal Structure (1954).