Materiaalwetenschappers die verflagen en muren ontwikkelen die zichzelf bij schade herstellen, kunnen nog wel iets leren van de menselijke huid. Daarom beschrijft Etelvina Javierre (Elektrotechniek, Wiskunde en Informatica) het genezingsproces van wonden in een wiskundig model.
Het Delft Centre for materials (DCMat) ontwikkelt allang niet meer alleen sterke materialen die moeilijk kapot gaan. Een groot deel van het onderzoeksbudget gaat naar de ontwikkeling van zelfherstellende materialen. Beton dat zichzelf herstelt als er een scheur in komt. Of verf die, nadat een vandaal met zijn sleutel een kras in een autodeur heeft gezet, vanzelf dichttrekt.
Bij de ontwikkeling van deze zelfherstellende materialen, kunnen onderzoekers veel leren van de genezing van een kapotte huid. Zolang de wond niet te groot is, is het lichaam zelf in staat die te dichten. Maar hoe doet de huid dat? Onderzoekster Etelvina Javierre vangt dat ingewikkelde proces in wiskundige vergelijkingen. “Uit zo’n biologisch model leren we bijvoorbeeld welk gedrag wenselijk zou zijn voor het lijmmiddel, speciale klei, in zelfhelende verf”, zegt prof.dr.ir. Sybrand van der Zwaag, wetenschappelijk directeur van DCMat.
Eerder onderzocht Javierre manieren om het ontstaan van haarscheurtjes in aluminiumlegeringen te voorkomen. Nu ze het herstelproces van wonden wil modelleren, moet ze zich verdiepen in een heel andere tak van de wetenschap. In de biologische en medische literatuur zocht ze naar de principes van wondgenezing.
“Het afvoeren van vuil dat in de wond is gekomen en de genezing van het litteken, laat ik buiten beschouwing”, aldus de Spaanse onderzoekster. “Ik wil vooral modelleren hoe de wond dicht.” Terwijl de eigenaar van een arm met schaafwond slaapt, eet en werkt, zorgen miljoenen cellen dat de wond heelt. Normaal blijven deze cellen op dezelfde plek. Maar zodra de huid stuk gaat, zorgen proteïnen ervoor dat de cellen delen en afreizen naar de open plek in de huid om die te dichten.
Observeren
Toen Javierre in januari aan haar onderzoek begon, bestond al een eenvoudig model dat de heling van een keurige ronde wond kon simuleren. Haar doel is dichter bij de werkelijkheid te komen, waarin wonden alle mogelijke vormen kunnen aannemen. Ook wil ze het herstel van bloedvaten die beschadigd zijn meenemen. “Deze angiogenese is een belangrijke factor in het genezingsproces.” De Spaanse verontschuldigt zich lachend als ze de medische term moet opzoeken. “Die vergeet ik steeds, want dat gaat niet over wiskunde.”
Javierre construeerde haar model met gegevens uit de literatuur. Om te controleren of het model lijkt op de werkelijkheid, zou ze de genezing talloze wonden moeten observeren. “Ik wil contact leggen met een ziekenhuis om gegevens te krijgen over de ontwikkeling van wonden in de tijd. Zonder die getallen weet ik niet of mijn model accuraat genoeg de werkelijkheid beschrijft”, zegt Javierre. Toch wordt ze er niet zenuwachtig van als ze deze gegevens niet krijgt. “Het gaat in mijn onderzoek vooral om de principes van wondgenezing. Die principes ken ik en wil ik exporteren naar onderzoek naar zelfhelende materialen.”
“Javierres model beschrijft een biologisch materiaal, maar heeft alle ingrediënten die we ook voor synthetische materialen denken te kunnen gebruiken”, zegt Van der Zwaag. Met een paar kleine aanpassingen, kan het model voor verschillende materialen worden gebruikt. Al spelend met de waarden in het model, kan een onderzoeker op nieuwe ideeën komen. Als hij bijvoorbeeld ziet dat de temperatuur veel invloed heeft op de heling, kan hij daar in het ontwerp van zijn materiaal rekening mee houden.
De wiskundige vergelijkingen maken het leven van experimenterende materiaalonderzoekers ook een stuk gemakkelijker. “Stel dat je de scheursluiting in zelfherstellende verf wilt meten, maar er gebeurt niets”, legt Van der Zwaag uit. “Dan kan het zijn dat het materiaal zich gewoon niet herstelt. Maar ook de testcondities kunnen verkeerd zijn.” Die condities aanpassen, zoals de vochtigheid of temperatuur van de omgeving, gaat makkelijker in Javierres model dan in de echte testomgeving. De onderzoeker kan zo snel uitvinden wat er mis is.
Het Delftse onderzoek naar zelfhelende materialen haalt volgens Van der Zwaag niet erg veel inspiratie uit de biologie. “We zoeken vooral technologische oplossingen. Dit is, na onderzoek naar bacteriën die scheuren in beton kunnen dichten, ons tweede uitstapje naar de natuur.”
Terwijl de eigenaar van een arm met schaafwond slaapt, eet en werkt, zorgen miljoenen cellen dat de wond heelt. (Foto: Hollandse Hoogte)
Het Delft Centre for materials (DCMat) ontwikkelt allang niet meer alleen sterke materialen die moeilijk kapot gaan. Een groot deel van het onderzoeksbudget gaat naar de ontwikkeling van zelfherstellende materialen. Beton dat zichzelf herstelt als er een scheur in komt. Of verf die, nadat een vandaal met zijn sleutel een kras in een autodeur heeft gezet, vanzelf dichttrekt.
Bij de ontwikkeling van deze zelfherstellende materialen, kunnen onderzoekers veel leren van de genezing van een kapotte huid. Zolang de wond niet te groot is, is het lichaam zelf in staat die te dichten. Maar hoe doet de huid dat? Onderzoekster Etelvina Javierre vangt dat ingewikkelde proces in wiskundige vergelijkingen. “Uit zo’n biologisch model leren we bijvoorbeeld welk gedrag wenselijk zou zijn voor het lijmmiddel, speciale klei, in zelfhelende verf”, zegt prof.dr.ir. Sybrand van der Zwaag, wetenschappelijk directeur van DCMat.
Eerder onderzocht Javierre manieren om het ontstaan van haarscheurtjes in aluminiumlegeringen te voorkomen. Nu ze het herstelproces van wonden wil modelleren, moet ze zich verdiepen in een heel andere tak van de wetenschap. In de biologische en medische literatuur zocht ze naar de principes van wondgenezing.
“Het afvoeren van vuil dat in de wond is gekomen en de genezing van het litteken, laat ik buiten beschouwing”, aldus de Spaanse onderzoekster. “Ik wil vooral modelleren hoe de wond dicht.” Terwijl de eigenaar van een arm met schaafwond slaapt, eet en werkt, zorgen miljoenen cellen dat de wond heelt. Normaal blijven deze cellen op dezelfde plek. Maar zodra de huid stuk gaat, zorgen proteïnen ervoor dat de cellen delen en afreizen naar de open plek in de huid om die te dichten.
Observeren
Toen Javierre in januari aan haar onderzoek begon, bestond al een eenvoudig model dat de heling van een keurige ronde wond kon simuleren. Haar doel is dichter bij de werkelijkheid te komen, waarin wonden alle mogelijke vormen kunnen aannemen. Ook wil ze het herstel van bloedvaten die beschadigd zijn meenemen. “Deze angiogenese is een belangrijke factor in het genezingsproces.” De Spaanse verontschuldigt zich lachend als ze de medische term moet opzoeken. “Die vergeet ik steeds, want dat gaat niet over wiskunde.”
Javierre construeerde haar model met gegevens uit de literatuur. Om te controleren of het model lijkt op de werkelijkheid, zou ze de genezing talloze wonden moeten observeren. “Ik wil contact leggen met een ziekenhuis om gegevens te krijgen over de ontwikkeling van wonden in de tijd. Zonder die getallen weet ik niet of mijn model accuraat genoeg de werkelijkheid beschrijft”, zegt Javierre. Toch wordt ze er niet zenuwachtig van als ze deze gegevens niet krijgt. “Het gaat in mijn onderzoek vooral om de principes van wondgenezing. Die principes ken ik en wil ik exporteren naar onderzoek naar zelfhelende materialen.”
“Javierres model beschrijft een biologisch materiaal, maar heeft alle ingrediënten die we ook voor synthetische materialen denken te kunnen gebruiken”, zegt Van der Zwaag. Met een paar kleine aanpassingen, kan het model voor verschillende materialen worden gebruikt. Al spelend met de waarden in het model, kan een onderzoeker op nieuwe ideeën komen. Als hij bijvoorbeeld ziet dat de temperatuur veel invloed heeft op de heling, kan hij daar in het ontwerp van zijn materiaal rekening mee houden.
De wiskundige vergelijkingen maken het leven van experimenterende materiaalonderzoekers ook een stuk gemakkelijker. “Stel dat je de scheursluiting in zelfherstellende verf wilt meten, maar er gebeurt niets”, legt Van der Zwaag uit. “Dan kan het zijn dat het materiaal zich gewoon niet herstelt. Maar ook de testcondities kunnen verkeerd zijn.” Die condities aanpassen, zoals de vochtigheid of temperatuur van de omgeving, gaat makkelijker in Javierres model dan in de echte testomgeving. De onderzoeker kan zo snel uitvinden wat er mis is.
Het Delftse onderzoek naar zelfhelende materialen haalt volgens Van der Zwaag niet erg veel inspiratie uit de biologie. “We zoeken vooral technologische oplossingen. Dit is, na onderzoek naar bacteriën die scheuren in beton kunnen dichten, ons tweede uitstapje naar de natuur.”
Terwijl de eigenaar van een arm met schaafwond slaapt, eet en werkt, zorgen miljoenen cellen dat de wond heelt. (Foto: Hollandse Hoogte)
Comments are closed.