Gekweekte hartspiercellen op een chip die implantaten van stroom voorzien. Het is een toekomstvisie van prof.dr.ir. Ronald Dekker, flexibele-chip-onderzoeker bij Philips en onlangs bij Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica aangesteld als bijzonder hoogleraar.
Share
Levende chips, dat klinkt futuristisch.
“Toch is al gedemonstreerd dat het mogelijk is. Stamcelonderzoekers kunnen gekweekte hartspiercellen heel precies in patronen op een oppervlak aanbrengen. Ik ging helemaal onderuit toen ik zag wat jongens van Harvard die cellen kunnen laten doen. Hier kijk, op dit filmpje van ze zie je een stukje rubber met hartspiercellen die samentrekken. De samentrekkende cellen zijn zo aangebracht dat ze het velletje voortstuwen. Je ziet het velletje onder het microscoopglaasje zwemmen. Het eerste wat ik dacht toen ik dit zag was dat dat velletje ook een chip zou kunnen zijn. We kunnen inmiddels namelijk flexibele en uitrekbare chips maken.”
En dat is wat u aan de TU gaat doen, uitrekbare chips voorzien van hartspiercellen?
“Ja, samen met stamcelonderzoekers van het Hubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek. Het onderzoek vindt plaats bij DIMES (Delft Institute of Microsystems and Nanoelectronics). Daar wordt al aan flexibele en uitrekbare chips gewerkt. Stamcelonderzoek gaat met de in patronen gedeponeerde stamcellen de kant van IC’s (Integrated Circuit, red.) op. De IC-techniek heeft met flexibele chips op zijn beurt laten zien meer de biologische kant op te kunnen gaan. We zijn naar elkaar toe gekropen.”
Wat hebben we aan zulke levende chips?
“Er zijn ontzettend veel medische toepassingen te bedenken. Je kunt chips voorzien van piëzo-elektrisch materiaal, een materiaal dat stroom genereert als het gebogen wordt. Kloppende hartspiercellen op zo’n chip kunnen energie leveren aan pompjes in implantaten die medicijnen afgeven in het lichaam. Je hebt dan geen batterijtjes meer nodig. Ook voor transplantatie van hartweefsel is het handig. Dit weefsel wordt nu op gaasjes gekweekt. Het is maar de vraag hoe goed de gekweekte cellen de elektrische pulsjes die afkomstig zijn uit de sinusknoop, doorgeven aan de rest van het hart. Er kan kortsluiting ontstaan in het weefseltransplantaat. Chips zouden de pulsjes kunnen orkestreren. Overigens zit ik nu wel grotendeels te dromen. Ik kan niet voorspellen of er ooit een biochipfabriek komt.”
Bij Philips maakt u al flexibele chips voor medische toepassingen. Chips die je in katheters kunt plaatsen bijvoorbeeld. Uitrekbare chips met daarop levende cellen zijn volgens u de volgende logische stap. Waarom maakt u die niet ook bij Philips?
“Ze zijn er bij Philips nog niet aan toe. Het is een gok of levende chips echt wat opleveren. Onderzoeksbedrijven gelieerd aan Philips zoals NXP, dat gespecialiseerd is in chipfabricage, kunnen het zich niet permitteren om zulke risico’s te nemen. Ik vind dat start-upbedrijfjes zulke technologieën moeten oppikken. Het lijkt me heel leuk om in Delft met technostarters te werken. (Lacht) Ik zeg dit wel, maar zelf ben ik helemaal geen ondernemer. Als ik niet werkzaam ben bij een groot bedrijf, dan wankelt de grond onder mij. Gelukkig ligt dat bij veel mensen in Delft anders.”
U staat aan de wieg van nog een ander hoogstandje, de glazen chip. Een chip waarin communicatiecircuits veel makkelijker te integreren zijn. Volgens uw Delftse collega’s, prof.dr. Lis Nanver en dr.ing. Leo de Vreede, die de techniek verder uitwerkten, moet dit leiden tot een chip die alle telefoonbanden tegelijkertijd kan ontvangen plus extra’s als televisie, gps en internet. Hoe bent u op het idee gekomen glazen chips te maken?
“Begin jaren negentig werkte ik op een afdeling waar we steeds snellere transistors moesten maken. De snelheid van de transistor wordt aangegeven met de ‘afsnijfrequentie’, fT. Hoe groter de fT-waarde, hoe sneller de transistor. Het was een echte mannenwereld. Het ging erom wie de grootste had. Andere mensen ontwierpen tegelijkertijd nieuwe circuits voor GSM. Als ik dan bij hen langskwam om te zeggen dat ik weer een snellere transistor had gemaakt, dan zeiden ze: dat is mooi, maar ons grootste probleem is niet de snelheid, maar het energieverbruik. Die transistors van jou, daar kan ik er twee van op een circuit zetten en dan is het feest over.”
En toen dacht u, weg met de silicium, het materiaal waar chips al decennia van worden gemaakt?
“Silicium is een fantastisch materiaal. Silicium wafers zijn zuiverder dan diamant. We kunnen het op allerlei manieren bewerken. Maar silicium is elektrisch geleidend, waardoor er veel energie uit de chips verdwijnt. Ik heb bedacht dat ik het energieverlies kon verminderen door het overgrote deel van het silicium weg te etsen en het resterende laagje op glas te plakken. Ik heb er een soort hobby van gemaakt om de bovenste laagjes eraf te peuteren en op andere materialen te plaatsen met betere eigenschappen, zoals glas.”
Maar ook rubber.
“Ja, zo kunnen we uitrekbare chips maken. Bij DIMES hakken we de dunne siliciumcircuitjes in blokjes en plakken die in een soort dambordpatroon op een laagje rekbaar polyamide. De blokjes zijn met veertjes aan elkaar verbonden en vormen een uitrekbaar netwerk.”
En bij Philips werden deze ideeën in de koelkast gezet
“In de halfgeleiderswereld wordt met roadmaps gewerkt. Dit zijn plannen over de richting waar het de komende tien jaar met chips naartoe moet gaan. Chipfabrikanten weten dan waar ze op kunnen rekenen. Als mieren werken onderzoekers binnen die roadmap aan het verbeteren van bestaande technologieën. En dan komt Dekker en die zegt, kom jongens, we halen het silicium weg. Dat staat natuurlijk haaks op de roadmap.”
U bent toch erg gehecht aan Philips. U ging daar in 1988 na uw afstuderen werken en bent er nooit meer weggegaan.
“Ja, mijn cv is een beetje saai. Je hoort een cv te hebben waarop staat dat je veel in het buitenland hebt gewerkt. Dat is bij mij niet zo.”
Waarom Philips?
“Tijdens mijn studie electrical engineering aan de Technische Universiteit van Eindhoven ben ik met de studievereniging naar een lezing bij Philips gegaan. Ik hoorde daar hoe je transistors numeriek kon doorrekenen al voordat ze daadwerkelijk gemaakt waren. Dat wilde ik ook. Ik heb de vijftien jaar die daarop volgden voornamelijk aan transistors gewerkt. Maar al mijn uitvindingen komen voort uit de vrijdagmiddagexperimenten.”
Vrijdagmiddagexperimenten?
“Experimenteren wordt erg gestimuleerd bij Philips. Op sommige afdelingen word je zelfs verplicht gesteld om leuke proeven te bedenken voor de vrijdagmiddag. Een tijdje geleden stond in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters een experiment beschreven over bliksembollen (tollende bliksemschichten waarvan nooit is aangetoond dat ze werkelijk bestaan, red.). Als je een hoog voltage aanbrengt tussen een blok silicium en een staaf van koolstof, dan springen er korreltjes van die tollen die schijnen als een bliksembol. We hebben dat experiment nagebootst en gefilmd. Je ziet de bollen op de film echt dansen. Het gekke is dat ze eerst een paar keer laag springen en dan hoog. We hebben zo’n korreltje geanalyseerd. Het silicium is zo liederlijk verhit dat het is geoxideerd. Bij die oxidatiereactie komt energie vrij die het korreltje lanceert als een raket. Na twee middagen zijn we ermee gestopt. Ik had het experiment graag nog een keer in gewichtsloze toestand willen doen, maar ik denk niet dat ik de handen daarvoor op elkaar zou hebben gekregen. Ik heb een website, een freakwebsite, waar ik dit soort experimenten en uitvindingen toon. Het is een wereld naast deze wereld. Ik schrijf er ook over de geschiedenis van Philips.”
U begeeft zich met de levende chips op een heel nieuw vakgebied, het stamcellenonderzoek.
“Ja, leuk hè.”
U ziet wel erg veel revolutionaire toepassingen voor levende chips. Moeten ze u bij het Hubrecht Laboratorium niet af en toe een beetje kalmeren?
“Nee, die onderzoekers daar gaan nog veel harder. Het is ook allemaal geen science fiction. Die zwemmende laagjes rubber met hartspiercellen zijn echt. Ik wil de mogelijkheden verkennen.”
Ronalds electronic project site: www.dos4ever.com
Wie is Ronald Dekker
Ronald Dekker studeerde in 1988 af als elektrotechnisch ingenieur aan de TU Eindhoven. De keus voor die studie was snel gemaakt. “Ik kreeg de drift om dingen uit te vinden met de paplepel ingegoten”, zegt hij. “Mijn vader was al een elektrotechnisch hobbyist. Hij maakte apparaten zoals radio’s allemaal zelf.” Bij Philips, waar Dekker direct na zijn studie aan de slag ging, ontwikkelde hij een passie voor het lospeuteren van de bovenste laagjes van silicium chips om daarmee vervolgens glazen chips maar ook flexibele en uitrekbare chips te maken. In 2004 promoveerde hij cum laude in Delft op deze hobby, zoals hij het zelf omschrijft. Sinds september vorig jaar is Dekker als bijzonder hoogleraar werkzaam bij EWI. Samen met stamcelonderzoekers wil hij bij DIMES levende chips maken. Dekker woont in Valkenswaard, is getrouwd en heeft twee zoons van 8 en 10 jaar.
Levende chips, dat klinkt futuristisch.
“Toch is al gedemonstreerd dat het mogelijk is. Stamcelonderzoekers kunnen gekweekte hartspiercellen heel precies in patronen op een oppervlak aanbrengen. Ik ging helemaal onderuit toen ik zag wat jongens van Harvard die cellen kunnen laten doen. Hier kijk, op dit filmpje van ze zie je een stukje rubber met hartspiercellen die samentrekken. De samentrekkende cellen zijn zo aangebracht dat ze het velletje voortstuwen. Je ziet het velletje onder het microscoopglaasje zwemmen. Het eerste wat ik dacht toen ik dit zag was dat dat velletje ook een chip zou kunnen zijn. We kunnen inmiddels namelijk flexibele en uitrekbare chips maken.”
En dat is wat u aan de TU gaat doen, uitrekbare chips voorzien van hartspiercellen?
“Ja, samen met stamcelonderzoekers van het Hubrecht Instituut voor Ontwikkelingsbiologie en Stamcelonderzoek. Het onderzoek vindt plaats bij DIMES (Delft Institute of Microsystems and Nanoelectronics). Daar wordt al aan flexibele en uitrekbare chips gewerkt. Stamcelonderzoek gaat met de in patronen gedeponeerde stamcellen de kant van IC’s (Integrated Circuit, red.) op. De IC-techniek heeft met flexibele chips op zijn beurt laten zien meer de biologische kant op te kunnen gaan. We zijn naar elkaar toe gekropen.”
Wat hebben we aan zulke levende chips?
“Er zijn ontzettend veel medische toepassingen te bedenken. Je kunt chips voorzien van piëzo-elektrisch materiaal, een materiaal dat stroom genereert als het gebogen wordt. Kloppende hartspiercellen op zo’n chip kunnen energie leveren aan pompjes in implantaten die medicijnen afgeven in het lichaam. Je hebt dan geen batterijtjes meer nodig. Ook voor transplantatie van hartweefsel is het handig. Dit weefsel wordt nu op gaasjes gekweekt. Het is maar de vraag hoe goed de gekweekte cellen de elektrische pulsjes die afkomstig zijn uit de sinusknoop, doorgeven aan de rest van het hart. Er kan kortsluiting ontstaan in het weefseltransplantaat. Chips zouden de pulsjes kunnen orkestreren. Overigens zit ik nu wel grotendeels te dromen. Ik kan niet voorspellen of er ooit een biochipfabriek komt.”
Bij Philips maakt u al flexibele chips voor medische toepassingen. Chips die je in katheters kunt plaatsen bijvoorbeeld. Uitrekbare chips met daarop levende cellen zijn volgens u de volgende logische stap. Waarom maakt u die niet ook bij Philips?
“Ze zijn er bij Philips nog niet aan toe. Het is een gok of levende chips echt wat opleveren. Onderzoeksbedrijven gelieerd aan Philips zoals NXP, dat gespecialiseerd is in chipfabricage, kunnen het zich niet permitteren om zulke risico’s te nemen. Ik vind dat start-upbedrijfjes zulke technologieën moeten oppikken. Het lijkt me heel leuk om in Delft met technostarters te werken. (Lacht) Ik zeg dit wel, maar zelf ben ik helemaal geen ondernemer. Als ik niet werkzaam ben bij een groot bedrijf, dan wankelt de grond onder mij. Gelukkig ligt dat bij veel mensen in Delft anders.”
U staat aan de wieg van nog een ander hoogstandje, de glazen chip. Een chip waarin communicatiecircuits veel makkelijker te integreren zijn. Volgens uw Delftse collega’s, prof.dr. Lis Nanver en dr.ing. Leo de Vreede, die de techniek verder uitwerkten, moet dit leiden tot een chip die alle telefoonbanden tegelijkertijd kan ontvangen plus extra’s als televisie, gps en internet. Hoe bent u op het idee gekomen glazen chips te maken?
“Begin jaren negentig werkte ik op een afdeling waar we steeds snellere transistors moesten maken. De snelheid van de transistor wordt aangegeven met de ‘afsnijfrequentie’, fT. Hoe groter de fT-waarde, hoe sneller de transistor. Het was een echte mannenwereld. Het ging erom wie de grootste had. Andere mensen ontwierpen tegelijkertijd nieuwe circuits voor GSM. Als ik dan bij hen langskwam om te zeggen dat ik weer een snellere transistor had gemaakt, dan zeiden ze: dat is mooi, maar ons grootste probleem is niet de snelheid, maar het energieverbruik. Die transistors van jou, daar kan ik er twee van op een circuit zetten en dan is het feest over.”
En toen dacht u, weg met de silicium, het materiaal waar chips al decennia van worden gemaakt?
“Silicium is een fantastisch materiaal. Silicium wafers zijn zuiverder dan diamant. We kunnen het op allerlei manieren bewerken. Maar silicium is elektrisch geleidend, waardoor er veel energie uit de chips verdwijnt. Ik heb bedacht dat ik het energieverlies kon verminderen door het overgrote deel van het silicium weg te etsen en het resterende laagje op glas te plakken. Ik heb er een soort hobby van gemaakt om de bovenste laagjes eraf te peuteren en op andere materialen te plaatsen met betere eigenschappen, zoals glas.”
Maar ook rubber.
“Ja, zo kunnen we uitrekbare chips maken. Bij DIMES hakken we de dunne siliciumcircuitjes in blokjes en plakken die in een soort dambordpatroon op een laagje rekbaar polyamide. De blokjes zijn met veertjes aan elkaar verbonden en vormen een uitrekbaar netwerk.”
En bij Philips werden deze ideeën in de koelkast gezet
“In de halfgeleiderswereld wordt met roadmaps gewerkt. Dit zijn plannen over de richting waar het de komende tien jaar met chips naartoe moet gaan. Chipfabrikanten weten dan waar ze op kunnen rekenen. Als mieren werken onderzoekers binnen die roadmap aan het verbeteren van bestaande technologieën. En dan komt Dekker en die zegt, kom jongens, we halen het silicium weg. Dat staat natuurlijk haaks op de roadmap.”
U bent toch erg gehecht aan Philips. U ging daar in 1988 na uw afstuderen werken en bent er nooit meer weggegaan.
“Ja, mijn cv is een beetje saai. Je hoort een cv te hebben waarop staat dat je veel in het buitenland hebt gewerkt. Dat is bij mij niet zo.”
Waarom Philips?
“Tijdens mijn studie electrical engineering aan de Technische Universiteit van Eindhoven ben ik met de studievereniging naar een lezing bij Philips gegaan. Ik hoorde daar hoe je transistors numeriek kon doorrekenen al voordat ze daadwerkelijk gemaakt waren. Dat wilde ik ook. Ik heb de vijftien jaar die daarop volgden voornamelijk aan transistors gewerkt. Maar al mijn uitvindingen komen voort uit de vrijdagmiddagexperimenten.”
Vrijdagmiddagexperimenten?
“Experimenteren wordt erg gestimuleerd bij Philips. Op sommige afdelingen word je zelfs verplicht gesteld om leuke proeven te bedenken voor de vrijdagmiddag. Een tijdje geleden stond in het wetenschappelijke tijdschrift Physical Review Letters een experiment beschreven over bliksembollen (tollende bliksemschichten waarvan nooit is aangetoond dat ze werkelijk bestaan, red.). Als je een hoog voltage aanbrengt tussen een blok silicium en een staaf van koolstof, dan springen er korreltjes van die tollen die schijnen als een bliksembol. We hebben dat experiment nagebootst en gefilmd. Je ziet de bollen op de film echt dansen. Het gekke is dat ze eerst een paar keer laag springen en dan hoog. We hebben zo’n korreltje geanalyseerd. Het silicium is zo liederlijk verhit dat het is geoxideerd. Bij die oxidatiereactie komt energie vrij die het korreltje lanceert als een raket. Na twee middagen zijn we ermee gestopt. Ik had het experiment graag nog een keer in gewichtsloze toestand willen doen, maar ik denk niet dat ik de handen daarvoor op elkaar zou hebben gekregen. Ik heb een website, een freakwebsite, waar ik dit soort experimenten en uitvindingen toon. Het is een wereld naast deze wereld. Ik schrijf er ook over de geschiedenis van Philips.”
U begeeft zich met de levende chips op een heel nieuw vakgebied, het stamcellenonderzoek.
“Ja, leuk hè.”
U ziet wel erg veel revolutionaire toepassingen voor levende chips. Moeten ze u bij het Hubrecht Laboratorium niet af en toe een beetje kalmeren?
“Nee, die onderzoekers daar gaan nog veel harder. Het is ook allemaal geen science fiction. Die zwemmende laagjes rubber met hartspiercellen zijn echt. Ik wil de mogelijkheden verkennen.”
Ronalds electronic project site: www.dos4ever.com
Wie is Ronald Dekker
Ronald Dekker studeerde in 1988 af als elektrotechnisch ingenieur aan de TU Eindhoven. De keus voor die studie was snel gemaakt. “Ik kreeg de drift om dingen uit te vinden met de paplepel ingegoten”, zegt hij. “Mijn vader was al een elektrotechnisch hobbyist. Hij maakte apparaten zoals radio’s allemaal zelf.” Bij Philips, waar Dekker direct na zijn studie aan de slag ging, ontwikkelde hij een passie voor het lospeuteren van de bovenste laagjes van silicium chips om daarmee vervolgens glazen chips maar ook flexibele en uitrekbare chips te maken. In 2004 promoveerde hij cum laude in Delft op deze hobby, zoals hij het zelf omschrijft. Sinds september vorig jaar is Dekker als bijzonder hoogleraar werkzaam bij EWI. Samen met stamcelonderzoekers wil hij bij DIMES levende chips maken. Dekker woont in Valkenswaard, is getrouwd en heeft twee zoons van 8 en 10 jaar.
Comments are closed.