Dat dat draait. Hoe dat werkt. Prachtig gewoon

/strong>

Het vak biologie kon prof.dr. Cees Dekker (41) op de middelbare school nog niet erg boeien. ,,Ik heb tijdens mijn natuurkundestudie wel een onderzoeksproject gedaan naar het visueel systeem. Maar dat viel tegen. Je bleef steken in fenomenologie en waarschijnlijkheden. Terwijl ik wilde begrijpen hoe het precies werkt. Wat gebeurt er op moleculair niveau?”

Daarom koos Dekker voor de vaste stof fysica, voor het bestuderen van het gedrag van elektronen en quantum deeltjes. Na enkele jaren supergeleiding, ladingsdichtheidsgolven en mesoscopische fysica is Dekker echter alsnog warmgelopen voor de biologie. De natuurkundige start deze maand een eigen sectie Moleculaire Biofysica. Enthousiast vertelt hij over zijn inspiratiebron, de natuur. ,,Als je die moleculaire motortjes ziet die in een cel voor de energiehuishouding zorgen. Dat dat draait. Hoe dat werkt. Prachtig gewoon.”

Toch is de biofysica ook een ‘strategische keuze’. Dekker: ,,De laatste jaren krijgen onderzoekers grip op de moleculaire wereld. Met scanning microscopen kunnen we enkele moleculen bekijken en manipuleren. Nu is het moment om als natuurkundige om op moleculair niveau iets te doen, de mechanische en elektrische eigenschappen van biomoleculen te bestuderen en te gebruiken. Daar liggen op het moment grote uitdagingen, meer dan in de vaste stof fysica. Het is dan ook verstandig dat de universiteit kiest voor een biofysica groep.”

Sinds oktober mag Van Leeuwenhoek hoogleraar Dekker zich namelijk ‘gewoon’ hoogleraar noemen. Zijn onderzoeksgroep van acht promovendi en postdocs wordt de nieuwe sectie Moleculaire Biofysica van Technische Natuurwetenschappen. Op volle sterkte zal de sectie van de afdeling Technische Natuurkunde straks zo’n dertig á veertig medewerkers tellen. Aan de nieuwe behuizing wordt nog volop getimmerd.

Leermeester

Zeven jaar geleden koos Dekker heel bewust voor Delft, of liever gezegd voor de groep Quantum Transport van professor Hans Mooij. Dekker: ,,Prachtig onderzoek vond ik het. Ik wilde graag naar zo’n toonaangevende groep toe.” Hij verhuisde vanuit Utrecht, waar hij studeerde, promoveerde en een aanstelling als universitair docent had.

Inmiddels wordt elke bezoeker van het natuurkundegebouw al bij de ingang met Dekkers werk geconfronteerd. Een fraaie, ingelijste voorpagina van het vooraanstaand wetenschapsblad Nature met koolstof nanobuisjes siert de muur. Dekker startte het onderzoeksproject aan nanobuisjes zelf in Delft. Inmiddels heeft de41-jarige onderzoeker meer dan zeventig artikelen op zijn naam staan, acht daarvan in Nature.

Toch luidde zijn eerste reactie op zijn benoeming: ,,dit getuigt van een groot vertrouwen van het college in mij.” Valse bescheidenheid? Dekker fronst zijn wenkbrauwen: ,,Ik doelde op mijn geringe achtergrond in de biofysica. Ik ben er van overtuigd dat het een succes kan worden, anders zou ik er niet aan beginnen. Wat dat betreft is het vertrouwen terecht. Maar dat kan je van jezelf toch niet zeggen?”

Het verschil tussen een gewoon hoogleraar en een Van Leeuwenhoek hoogleraar zit vooral in het volume, denkt Dekker. Drie universitair (hoofd)docenten komen erbij en vier ondersteunende mensen. Dekker: ,,Als Van Leeuwenhoek hoogleraar leid ik nu al zelfstandig een onderzoeksgroep en ben ik ook promotor. Voordeel is wel dat ik straks een aantal taken kan overdragen aan anderen binnen de groep. Net als mijn leermeester Mooij wil ik tijd overhouden om zelf een aantal promovendi direct te begeleiden. Ik ga ook nog steeds geen bordje met prof. bij de voordeur hangen.”

Vroeg

Een mogelijk toekomstbeeld volgens de kersverse biofysicus: een chip maken door een plaatje silicium in een aantal DNA-oplossingen te dopen. Even laten drogen en klaar. Het klinkt ongelofelijk, zo niet onmogelijk. Dekker kijkt er echter heel serieus bij. ,,Ik weet het, het is een totaal andere benadering dan de huidige siliciumtechnologie. Het is misschien ook nog ver weg, maar toch mogelijk de toekomst.”

Een transistor bestaande uit één organisch molecuul, een koolstof nanobuisje, maakte de groep van Dekker al. Dekker legt het uit voor de leek: ,,Je legt een druppel vloeistof met daarin een aantal buisjes op een silicium plaatje waarop zeer smalle geleidende metaaldraden zijn aangebracht. De vloeistof verdampt, zodat de buisjes op het plaatje komen te liggen. Dan duik je achter de atomic force microscoop om te kijken waar er één goed terechtgekomen is.” Goed terechtgekomen wil in dit geval zeggen dwars over twee draden. Dan kan er namelijk een spanning over een nanobuisje worden gezet. Zo ontdekte Dekker de kleinste transistor ooit, met een diameter van een miljoenste millimeter.

De praktische waarde van de zo gefabriceerde koolstof nanobuis transistor is vrijwel nihil. Maar Dekkers droom is om op een vergelijkbare manier bruikbare moleculaire circuits te bouwen. Wat daarvoor nog ontbreekt, is een manier om gericht enkele moleculen naar een plek op het siliciumplaatje te dirigeren. Het geheim daarvoor ligt in de natuur. Dekker: ,,Als je bijvoorbeeld een enkele DNA-streng op een bepaalde plaats op weet te koppelen, kun je er weer gericht andere moleculen aan vast haken door gebruik te maken van de tegengestelde streng.”

Nog veel meer plannen heeft Dekker met biomoleculen. Eiwitten wil hij onder de microscoop bestuderen en aftasten. Hoe verplaatsen elektronen zich in een enzym? Hoe hechten bepaalde eiwitten op DNA? En ook een idee om enkele moleculen te detecteren en manipuleren in minieme vloeistofkanaaltjes op chips krijgt al vorm. Dekker: ,,Veel wetenschappers werken al in dit gebied. Maar de technieken die Dimes mij biedt zijn vrij uniek. Het is daarom nog vroeg genoeg omerin te duiken. Over tien jaar hebben we hier een grote, bloeiende biofysicagroep. Maar wat die precies doet, kan ik nog niet voorspellen. De ontwikkelingen gaan zo snel.”

Prof.dr. Cees Dekker houdt op 17 november zijn oratie Het kleine is groots.

Natuurkundige Cees Dekker bekijkt en betast moleculen. Hij trekt en duwt eraan en wil er mee bouwen. ,,Dat dat kan, blijf ik bijzonder vinden”, zegt de hoogleraar die deze maand de nieuwe sectie Moleculaire Biofysica opstart.

Het vak biologie kon prof.dr. Cees Dekker (41) op de middelbare school nog niet erg boeien. ,,Ik heb tijdens mijn natuurkundestudie wel een onderzoeksproject gedaan naar het visueel systeem. Maar dat viel tegen. Je bleef steken in fenomenologie en waarschijnlijkheden. Terwijl ik wilde begrijpen hoe het precies werkt. Wat gebeurt er op moleculair niveau?”

Daarom koos Dekker voor de vaste stof fysica, voor het bestuderen van het gedrag van elektronen en quantum deeltjes. Na enkele jaren supergeleiding, ladingsdichtheidsgolven en mesoscopische fysica is Dekker echter alsnog warmgelopen voor de biologie. De natuurkundige start deze maand een eigen sectie Moleculaire Biofysica. Enthousiast vertelt hij over zijn inspiratiebron, de natuur. ,,Als je die moleculaire motortjes ziet die in een cel voor de energiehuishouding zorgen. Dat dat draait. Hoe dat werkt. Prachtig gewoon.”

Toch is de biofysica ook een ‘strategische keuze’. Dekker: ,,De laatste jaren krijgen onderzoekers grip op de moleculaire wereld. Met scanning microscopen kunnen we enkele moleculen bekijken en manipuleren. Nu is het moment om als natuurkundige om op moleculair niveau iets te doen, de mechanische en elektrische eigenschappen van biomoleculen te bestuderen en te gebruiken. Daar liggen op het moment grote uitdagingen, meer dan in de vaste stof fysica. Het is dan ook verstandig dat de universiteit kiest voor een biofysica groep.”

Sinds oktober mag Van Leeuwenhoek hoogleraar Dekker zich namelijk ‘gewoon’ hoogleraar noemen. Zijn onderzoeksgroep van acht promovendi en postdocs wordt de nieuwe sectie Moleculaire Biofysica van Technische Natuurwetenschappen. Op volle sterkte zal de sectie van de afdeling Technische Natuurkunde straks zo’n dertig á veertig medewerkers tellen. Aan de nieuwe behuizing wordt nog volop getimmerd.

Leermeester

Zeven jaar geleden koos Dekker heel bewust voor Delft, of liever gezegd voor de groep Quantum Transport van professor Hans Mooij. Dekker: ,,Prachtig onderzoek vond ik het. Ik wilde graag naar zo’n toonaangevende groep toe.” Hij verhuisde vanuit Utrecht, waar hij studeerde, promoveerde en een aanstelling als universitair docent had.

Inmiddels wordt elke bezoeker van het natuurkundegebouw al bij de ingang met Dekkers werk geconfronteerd. Een fraaie, ingelijste voorpagina van het vooraanstaand wetenschapsblad Nature met koolstof nanobuisjes siert de muur. Dekker startte het onderzoeksproject aan nanobuisjes zelf in Delft. Inmiddels heeft de41-jarige onderzoeker meer dan zeventig artikelen op zijn naam staan, acht daarvan in Nature.

Toch luidde zijn eerste reactie op zijn benoeming: ,,dit getuigt van een groot vertrouwen van het college in mij.” Valse bescheidenheid? Dekker fronst zijn wenkbrauwen: ,,Ik doelde op mijn geringe achtergrond in de biofysica. Ik ben er van overtuigd dat het een succes kan worden, anders zou ik er niet aan beginnen. Wat dat betreft is het vertrouwen terecht. Maar dat kan je van jezelf toch niet zeggen?”

Het verschil tussen een gewoon hoogleraar en een Van Leeuwenhoek hoogleraar zit vooral in het volume, denkt Dekker. Drie universitair (hoofd)docenten komen erbij en vier ondersteunende mensen. Dekker: ,,Als Van Leeuwenhoek hoogleraar leid ik nu al zelfstandig een onderzoeksgroep en ben ik ook promotor. Voordeel is wel dat ik straks een aantal taken kan overdragen aan anderen binnen de groep. Net als mijn leermeester Mooij wil ik tijd overhouden om zelf een aantal promovendi direct te begeleiden. Ik ga ook nog steeds geen bordje met prof. bij de voordeur hangen.”

Vroeg

Een mogelijk toekomstbeeld volgens de kersverse biofysicus: een chip maken door een plaatje silicium in een aantal DNA-oplossingen te dopen. Even laten drogen en klaar. Het klinkt ongelofelijk, zo niet onmogelijk. Dekker kijkt er echter heel serieus bij. ,,Ik weet het, het is een totaal andere benadering dan de huidige siliciumtechnologie. Het is misschien ook nog ver weg, maar toch mogelijk de toekomst.”

Een transistor bestaande uit één organisch molecuul, een koolstof nanobuisje, maakte de groep van Dekker al. Dekker legt het uit voor de leek: ,,Je legt een druppel vloeistof met daarin een aantal buisjes op een silicium plaatje waarop zeer smalle geleidende metaaldraden zijn aangebracht. De vloeistof verdampt, zodat de buisjes op het plaatje komen te liggen. Dan duik je achter de atomic force microscoop om te kijken waar er één goed terechtgekomen is.” Goed terechtgekomen wil in dit geval zeggen dwars over twee draden. Dan kan er namelijk een spanning over een nanobuisje worden gezet. Zo ontdekte Dekker de kleinste transistor ooit, met een diameter van een miljoenste millimeter.

De praktische waarde van de zo gefabriceerde koolstof nanobuis transistor is vrijwel nihil. Maar Dekkers droom is om op een vergelijkbare manier bruikbare moleculaire circuits te bouwen. Wat daarvoor nog ontbreekt, is een manier om gericht enkele moleculen naar een plek op het siliciumplaatje te dirigeren. Het geheim daarvoor ligt in de natuur. Dekker: ,,Als je bijvoorbeeld een enkele DNA-streng op een bepaalde plaats op weet te koppelen, kun je er weer gericht andere moleculen aan vast haken door gebruik te maken van de tegengestelde streng.”

Nog veel meer plannen heeft Dekker met biomoleculen. Eiwitten wil hij onder de microscoop bestuderen en aftasten. Hoe verplaatsen elektronen zich in een enzym? Hoe hechten bepaalde eiwitten op DNA? En ook een idee om enkele moleculen te detecteren en manipuleren in minieme vloeistofkanaaltjes op chips krijgt al vorm. Dekker: ,,Veel wetenschappers werken al in dit gebied. Maar de technieken die Dimes mij biedt zijn vrij uniek. Het is daarom nog vroeg genoeg omerin te duiken. Over tien jaar hebben we hier een grote, bloeiende biofysicagroep. Maar wat die precies doet, kan ik nog niet voorspellen. De ontwikkelingen gaan zo snel.”

Prof.dr. Cees Dekker houdt op 17 november zijn oratie Het kleine is groots.