Deeltjessensor speurt naar miltvuur
Door Janneke van Reenen-Hak
Tegen chemische en biologische aanvallen kunnen militairen en burgers zich moeilijk wapenen. Als gifgassen of gevaarlijke ziekteverwekkers hun eerste slachtoffers eisen, is het leed al geschied en zullen er snel meer mensen ziek worden. Delftse onderzoekers werken aan een deeltjessensor die een aanval direct opmerkt.
Al veertien jaar werkt dr. ir. Jan Marijnissen aan een apparaat dat chemische stoffen in de lucht meet. „Tot die tijd gebruikten wetenschappers een laser of een massaspectrometer om rondzwevende deeltjes te ondervangen en een naam te geven. Ik heb beide systemen gecombineerd.” Marijnissen is mijnbouwkundig ingenieur aan de Technische Universiteit Delft en heeft zich heeft toegelegd op ventilatie van ondergrondse mijnen. De laatste weken staat zijn werk bij het leger en veiligheidsdiensten ineens volop in de belangstelling.
Ongezonde roetdeeltjes speurt de deeltjessensor keurig op. Ook in de strijd tegen smokkelaars van hasj of plutonium is het apparaat een waardevol hulpmiddel, maar met levende deeltjes zoals bacteriën kan de sensor slecht uit de voeten. „Moleculen met een massa beneden de 800 (waterstof heeft een massa van één) zijn niet te meten. Dat betekent dat ons apparaat geen biologische stoffen zoals eiwitten kan detecteren.”
Op dit moment werken de Delftse onderzoekers aan een tweede generatie apparaten die dat wel kan. „We beschermen biologische stoffen met een hulpstof, zodat de laser ze niet meteen kapotschiet in brokken die nauwelijks van elkaar zijn te onderscheiden.”
Met behulp van massaspectrometrie kunnen onderzoekers op dit moment zo'n 25 verschillende bacteriën onderscheiden. „Het is een zoektocht naar een stofje waarmee ziekteverwekkers van elkaar zijn te onderscheiden. Bij Bacillus subtilus, een ongevaarlijk broertje van de verwekker van miltvuur, Bacillus anthracis, is dat al gelukt. Daar is een deeltje uit het bacterieskelet gedetecteerd dat alleen in díe bacterie voorkomt. Het is nu zaak om voor alle bacteriën zo'n specifieke stof te vinden.”
Naast het aanvullen van de lijst met bacteriën moeten de onderzoekers het apparaat ook kleiner maken. Met de huidige metersgrote opstelling kunnen militairen weinig. Marijnissen ziet de toekomst zonnig in. „Er is nog geen kant-en-klare bacteriedetector, maar dat lijkt slechts een kwestie van tijd.”
Brokstukken
De deeltjessensor bestaat uit tal van ingenieuze, prijzige onderdelen. Met behulp van een vacuümpomp zuigt het imposante apparaat lucht aan, die vervolgens door een spuitmondje met een doorsnede van 0,1 millimeter wordt geperst. Het inlaatstuk spuit de stroom deeltjes richting de detector. De luchtstroom komt eerst in contact met een laser. De sterke lichtbundel schiet de deeltjes in de lucht kapot en splitst ze op in kleinere brokken. De massaspectrometer bepaalt van al de ontstane brokstukken de molecuulmassa.
Om kleine deeltjes of bacteriën van elkaar te kunnen onderscheiden, moeten de onderzoekers precies weten hoe groot de brokstukken zijn die de laser maakt. Een bepaalde combinatie van brokstukken vormt zo als het ware de vingerafdruk van een chemische stof of een bacterie. „We hebben een hele bibliotheek van spectra aangelegd. We weten precies welke stoffen er achter de pieken zitten die de massaspectrometer in een grafiekje levert”, legt Marijnissen uit.
De deeltjessensor is zo nauwkeurig dat zelfs de windrichting van invloed is op de samenstelling van de buitenlucht die als standaard wordt gebruikt, zegt de mijnbouwkundig ingenieur. „Bij zeewind vinden we het zout in de lucht terug als natrium- en kaliumpieken op de grafiek. Van tijd tot tijd verschijnen er kalkpieken, dat heeft waarschijnlijk te maken met bouwactiviteiten in de omgeving.”
