Cellen vangen in nanopiramides

Een fysicus en een bioloog maakten nanokooitjes om lichaamscellen in te vangen en te bekijken. Met een bij toeval ontdekte techniek.

‘Veldje’ van de piramides (uitvergroot) op een plak silicium, met een vloeistofvoorziening eronder.

Eigenlijk werkten fysicus Niels Tas met zijn collega’s in Twente aan microscopen. Preciezer: aan atoomkrachtmicroscopen. Daarin tast een ultradunne naald een oppervlak af – zo nauwkeurig dat zelfs individuele atomen zichtbaar worden. Tas en collega’s maakten met lithografietechnieken nieuwe varianten van deze superdunne naalden.

En toen kwamen ze een medisch bioloog tegen.

„Zo kun je het wel samenvatten”, zegt Tas. De ontmoeting leidde tot een nieuwe loot aan het Twentse onderzoek: samen met Aart van Apeldoorn, de bioloog, gebruikt Tas zijn minuscule structuren nu óók om kraakbeencellen te bestuderen. Deze week verscheen een verslag van dat werk in vakblad Small (online editie).

De lithografietechniek van Tas en collega’s werd zelf ook bij toeval ontdekt. Hij laat zich nog het best vergelijken met het leeg schrapen van een pak yoghurt met een ronde schraper. In alle hoeken en vouwen van het pak blijft dan een restje yoghurt zitten.

Zoiets gebeurt ook in het nanolab, als je een mal met uitsparingen eerst bedekt met een miniem laagje materiaal, en daarna dat laagje weer weg etst – gewoon met in de lithografie gebruikelijke methoden. Zijn de uitsparingen in de mal rond, dan gum je een gelijkmatig aangebracht laagje gemakkelijk weer uit. Maar hebben de uitsparingen scherpe punten en randen, zoals in een kubus of piramide, dan blijven in die punten en randen restjes materiaal zitten.

„Wij onderzochten zo piramidepunten”, zegt Tas. De fysici legden op die achtergebleven punten een ander materiaal en etsten daarna met slim gekozen vloeistof juist de punt weer weg. Zo maakten ze minuscule piramides met een opening in hun top. Tas: „Die kun je gebruiken als een tuitmondje dat minuscule druppeltjes op een oppervlak neerlegt.” Als een inkjetprinter op nanoschaal dus. Maar je kunt de mal ook meteen na het eerste etsen ‘omkeren’ als een taartvorm. Het levert een veldje vol draadpiramides op. En in elk daarvan past precies één cel, merkte toen Van Apeldoorn op, zoals dus een kraakbeencel uit runderbeenderen.

Het mooie is dat die cel maar weinig hinder ondervindt van de dunne draadjes die samen het piramidekooitje vormen. De cellen blijven dus rond, terwijl ze in tot dusver gebruikte ‘kooitjes’, met membranen en poriën, altijd platgedrukt werden. En ze kunnen op hun omgeving reageren.

Door de piramides dichter of verder van elkaar te plaatsen kan het team zien wanneer cellen samen weefsel beginnen te vormen. Tas: „De volgende stap is een 3D-structuur – een kerstboom van piramides – zodat we het proces van weefselgroei nog beter kunnen nabootsen.”