Berichten

, ,

Onderzoekers laten het meest levensechte geweven bot groeien, uitgaande van cellen

Onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en het Radboudumc hebben verschillende botcellen met elkaar verweven tot een ‘organoid’ die zelfstandig nieuw, hard botweefsel kan maken. Het is het meest complete 3D-model van botvorming tot nu toe. Het 3D-model maakt het mogelijk de belangrijkste biochemische processen in ongekend detail te bestuderen en zou kunnen helpen bij het ontrafelen van de vele mysteries rond botvorming. Bovendien is het in het laboratorium gekweekte bot bijzonder geschikt voor het testen en ontwerpen van nieuwe behandelingen voor botziekten zoals osteoporose of osteogenesis imperfecta.

Stel je voor dat je stamcellen uit je beenmerg gebruikt om een ​​nieuw stukje botweefsel in het laboratorium te laten groeien, waarna artsen onderzoeken hoe bepaalde medicijnen je botweefsel beïnvloeden. Op deze manier kan er voor u, en eventueel voor iedereen, een behandelplan op maat gemaakt worden. Welkom in de wereld van gepersonaliseerde geneeskunde.

Deze visie op medicijnontwikkeling is geen sciencefiction meer nu onderzoekers van de Technische Universiteit Eindhoven en het Radboudumc het eerste deel daadwerkelijk hebben gerealiseerd: het kweken van een levensecht stukje botweefsel uit menselijke stamcellen. Het is de eerste organoid van bot, een vereenvoudigde versie van het oorspronkelijke bot, en de onderzoekers rapporteren er vandaag over in de journal Advanced Functional Materials.

Sandra Hofman

Sandra Hofmann: “We show that we can make lifelike bone exclusively with two cell types.” Image: Vincent van den Hoogen

SAMENHANGEND BEELD

“Hiermee geven we voor het eerst het volledige beeld van de botvorming in een vroeg stadium”, zegt Sandra Hofmann, universitair hoofddocent Bioengineering Bot van de TU / e. En dit is van groot belang, vooral omdat het proces waardoor botten ontstaan ​​nog grotendeels een mysterie is. Bot is een zeer complex materiaal waarin enerzijds talloze cellen en processen op elkaar inwerken en anderzijds een ingenieuze matrix van collageen en mineraal wordt opgebouwd om materiaalsterkte te geven. Over de afzonderlijke componenten is veel bekend, maar een samenhangend beeld ontbrak tot nu toe.

Drie soorten cellen spelen de hoofdrol bij botvorming: osteoblasten (die botweefsel opbouwen), osteoclasten (die bot wegnemen) en osteocyten (die de opbouw en afbraak van bot reguleren). “De meeste onderzoeken hebben zich tot nu toe gericht op een van deze celtypen, maar dat is geen goede weergave van het echte weefsel”, zegt Hofmann. “We presenteren hier een stuk geweven bot (bot in een vroeg stadium) dat is ontstaan ​​uit stamcellen en twee soorten botcellen bevat: osteoblasten en osteocyten. We zien nu dat we alleen met deze twee celtypen levensecht bot kunnen maken.”

Een klein deel van de botorganoïde, gereconstrueerd met 3D-elektronenmicroscopie. De kleuren geven verschillende cellen aan die zijn verbonden om het osteocytnetwerk te vormen, ingebed in de collageenmatrix (cyaan).

WIJZER WORDEN VAN MOLECULAR POKING

“En misschien nog wel belangrijker: ons systeem gedraagt ​​zich net als bot in een vroeg stadium”, zegt Anat Akiva, universitair docent Celbiologie aan het Radboudumc. “We laten zien dat beide typen cellen de eiwitten produceren die de cellen nodig hebben voor hun functionaliteit, en we laten met het grootste detail zien dat de matrix eigenlijk de botmatrix is ​​die we in echt weefsel zien.”

Dat een vereenvoudigde weergave van botvorming op moleculair niveau nu mogelijk is, biedt volgens de onderzoekers ongekende mogelijkheden. “Een bot bestaat voor 99% uit collageen en mineralen, maar er is ook nog eens 1% eiwitten die essentieel zijn voor een succesvolle botvorming”, legt hoogleraar Nico Sommerdijk van Radboudumc uit. “Dus wat is de rol van deze eiwitten? Hoe ondersteunen ze botvorming? Nooit eerder hebben we de mijlpalen van dit proces op moleculair niveau kunnen bekijken.”

En daarmee hebben ze meteen een mooi startpunt om de oorzaak van genetische botziekten als ‘broze botziekte’ en hun mogelijke behandelingen te onderzoeken. “Onthoud dat de oorsprong van veel ziekten op moleculair niveau ligt – en dat geldt ook voor de behandeling”, zegt Akiva. “In feite hebben we nu een eenvoudig systeem in een betrouwbare omgeving waar we kunnen rondneuzen en zien wat er gebeurt.”

REFERENCE

Anat Akiva et al., An Organoid for Woven Bone, Advanced Functional Materials (9 March 2021). DOI:10.1002/adfm.202010524

Bron: hDMT Technology news

/0 Reacties/door
,

Doe een voorstel voor een innovatieve oplossing voor de vaccinatielogistiek!

Er wordt hard gewerkt aan vaccins die we begin volgend jaar verwachten. Hoe krijgen we die dan snel, zorgvuldig en verantwoord van ‘lab to life’? Heb jij de oplossing voor deze uitdaging?

De coronacrisis duurt voort. Strenge maatregelen in combinatie met verschillende innovatieve oplossingen zijn nodig. Zowel technologische als sociale innovatie, veelal geïntegreerd, dragen bij aan noodzakelijke en gewenst oplossingen.

In Nederland is veel ervaring met vaccinatieprogramma’s (zie hiervoor bijvoorbeeld www.rijksvaccinatieprogramma.nl). De organisatie van vaccinatieprogramma’s is gedeeltelijk centraal belegd, en gedeeltelijk decentraal. Sommige programma’s, zoals de griepvaccinatie, bereiken een schaal van enkele miljoenen gevaccineerden. De schaal waarop het coronavaccin moet worden verspreid beslaat heel Nederland! Bij voorkeur ook een groot deel van de bevolking. Het moet in een zo kort mogelijke periode gebeuren. Tegelijkertijd is robuustheid van activiteiten en informatievoorziening tijdens het vaccinatieprogramma welhaast de allerhoogste prioriteit. Naast verspreiding is dus ook de appreciatie, acceptatie en nauwkeurigheid van de operatie van groot belang, maatschappelijk en economisch.

Dit stelt ons voor een grote logistieke en humanitaire uitdaging.

De Topsectoren Creatieve Industrie, Logistiek, ICT en LSH willen graag de Nederlandse technologische en sociale kennis- en innovatiecapaciteiten activeren voor dit cruciale vraagstuk. We leggen daarom deze kennis- en innovatie-uitdaging neer bij de Nederlandse kennisinstellingen.

De vraag

Ontwerp een integrale logistieke en creatieve oplossing voor een corona-vaccinatieprogramma waarmee snel, zorgvuldig, verantwoord en nauwkeurig in potentie 95% van de bevolking in Nederland kan worden ingeënt.

Randvoorwaarden

Houd rekening met geldende coronamaatregelen en -regels ten aanzien van afstand, groepsgrootte en -diversiteit, looprichtingen, enzovoort. Houd ook rekening met verschillende appreciaties en acceptaties in onze bevolking.

Neem in acht dat de logistieke operatie en de sociale acceptatie ook vragen om informatietechnologische, gezondheid-gerelateerde en social- en servicedesign ingrepen; die gezamenlijk tot de integrale oplossing moeten leiden.

Sommige vaccins vragen een inenting, en sommige twee. Geef duidelijk aan voor welke optie je oplossing is ontworpen.

Houd rekening met de condities waaronder het vaccin vervoerd en opgeslagen dient te worden. In de meeste gevallen zal een vaccin diepgevroren vervoerd en opgeslagen dienen te worden voor een langere levensduur.

Ga ervan uit dat er uiteindelijk voldoende vaccins zullen zijn. Deze vaccins komen binnen op een centrale plek in Nederland. Het verdient aanbeveling om een of meerdere scenario’s te gebruiken voor de fasering van de beschikbaarheid en de acceptatie van het vaccin in de beantwoording van de uitdaging.

Het internationale vervoer van de vaccins is geen onderdeel van deze challenge. Voor transport en opslag van en naar Nederland wordt logistieke kennis al aangewend in een brede taskforce op initiatief van Schiphol, KLM Cargo, Air Cargo Netherlands en TLN (de Task Force Transport en Opslag Covid 19 Vaccin).

Er is een korte termijninspanning aan de gang voor de vaccinatie tegen Covid-19. Dit proces staat onder grote druk, en succes is cruciaal voor onze maatschappij. Het is niet wenselijk om de overheidspartijen, zoals het RIVM, die hierbij betrokken zijn te raadplegen voor deze uitdaging.

We verwachten dat je kwantitatief aantoont dat je oplossing ook daadwerkelijk functioneert en de beloofde prestatie – 95% – haalt.

Waardering

De betrokken topsectoren zullen zich inspannen om de beste drie ontwerpvoorstellen in te brengen in de lange termijn planning voor pandemieën van de Nederlandse overheid. Daarnaast stellen de TKI’s ClickNL, Dinalog, ICT en LSH een bedrag beschikbaar van € 10.000 voor de eerste prijs, en twee maal € 5.000 voor twee tweede prijzen. Binnen de topsectoren zal aan deze uitdaging, de prijsuitreiking, en het aanbieden van de oplossingen via haar gebruikelijke mediakanalen ruimschoots aandacht worden besteed.

Indiening en beoordeling

Deze kennis- en innovatie-uitdaging kent 2 stappen. In de eerste stap vragen we naar de voorlopige aanpak en samenstelling van het kennisconsortium. We stellen hier geen eisen aan, zoals betrokkenheid van private partijen. De deadline voor deze eerste stap is 1 december 2020 om 23:59 uur via het emailadres projecten@dinalog.nl.

De voorstellen zullen worden beoordeeld op kans rijkheid en kennisbijdrage. De desbetreffende aanvragers zullen worden uitgenodigd om hun aanpak uit te werken en in te dienen. De deadline voor deze tweede indiening, in de vorm van een logistiek ontwerp met bijbehorende documentatie, is 31 januari 2021 om 23:59 uur via het emailadres projecten@dinalog.nl

De kwaliteit van ingediende ontwerpen wordt door een onafhankelijke, ter zake deskundige, jury beoordeeld.

De beoordeling zal bekend worden gemaakt op 15 februari 2021 via de website van TKI de TKI’s ClickNL, Dinalog, ICT en LSH.

Overige informatie:

Bron: Topsector Energie

/0 Reacties/door
,

Pre-announcement start programme Knowledge and Innovation Covenant (KIC)

In July 2020, NWO will start seven programmes that fall within the Knowledge and Innovation Covenant 2020-2023. It concerns a range of subjects for which public and private parties will work together in an interdisciplinary manner with researchers on innovative solutions or societal problems, such as the energy transition, dementia and water management.

The mission-driven calls that will be published in July are one of the types of funding within the KIC. In addition to these calls, Partnerships, strategic collaboration forms and practice-oriented funding instruments will start in the autumn. NWO asks researchers and partners to get ready for these calls. Therefore please follow the developments via nwo.nl/en/kic, @NWOnieuws and LinkedIn!

Mission-driven research programmes

NWO will develop a limited number of large thematic calls throughout the year with a size of between 5 and 15 million euros, the so-called mission-driven programmes. The choice of subject has been determined on the basis of prioritised subjects (missions) taken from the Knowledge and Innovation Agendas (KIAs) published by the top sectors. Researchers can submit proposals for collaborative projects, with a budget of 750,000 to 4 million euros per proposal. For each call, a co-funding percentage will be set.

in July, NWO will start with the following programmes within the Knowledge and Innovation Covenant:

Key technologies

Key technologies is an umbrella term for technologies of the “future”. They cast to one side ideas about what was considered possible and have the potential to result in groundbreaking innovations. For example, artificial intelligence will change the way we work, and we will treat patients in new ways with nanomedicines. The call “Key Technologies” encourages:
1.    the development of scientifically excellent knowledge that results in relevant new technology for industry and society via a multidisciplinary approach;
2.    the building up of intensive and sustainable collaborative relationships within consortia between knowledge institutions, companies and civil society organisations;
3.    the creation of more focus on mass (coherency) in research into thematic areas and key technologies that are relevant for the Netherlands so that strong internationally distinct positions can be created in the industry and knowledge infrastructure of the Netherlands; and
4.    facilitating the valorisation of the developed knowledge by (end) users.

Opening call for proposals: July 2020
Intended deadline pre-proposals: not earlier than January 2021
Contribution NWO: 11 million euros
Project size (including co-funding): 750,000 euros – 2.5 million euros

Circularity for wind and sun

This programme is about more energy revenues due to lower costs of wind and solar energy. Possible ideas are research into new (circular) materials, innovative equipment, processes and designs for production installations. The themes efficiency and circularity are the focus of this call.

Opening call for proposals: July 2020
Deadline pre-proposals: not earlier than January 2021
Contribution NWO: 5 million euros
Project size (including co-funding): 750,000 – 1.5 million euros

Circularity

Innovation plays an important role in achieving the National Climate Agreement of the Netherlands because not all other solutions that are necessary for achieving the goals are available. Two important sectors in this regard are industry and agri-food. This programme will encourage interdisciplinary research to stimulate the transition to a circular carbon system. This covers the entire value chain: raw materials, production, the (re)use of semi-manufactured products, products and carbon in the waste phase. The participation of citizens and companies is vital for the success of the transition. Here the challenge lies in integrating societal and technical-scientific innovations across the entire chain.

Opening call for proposals: July 2020
Deadline pre-proposals: not earlier than January 2021
Contribution NWO: 5 million euros
Project size (including co-funding): 750,000 – 1.5 million euros

Aquatic food production

In the coming years, a large proportion of the Dutch North Sea will change in terms of use and allocation. At the same time, the demand for sustainably produced food, especially protein, and biogenic raw materials will increase. This requires the linking of biological, maritime, economic and societal issues with respect to the development of knowledge about sustainable mariculture and agriculture in the North Sea and estuaries. For this, the focus is on a sustainable approach for the cultivation and the breeding of seaweed, crustaceans and shellfish, and the development of cultivation and processing facilities with attention for the ecosystem, biodiversity and multifunctional use of water. With this call, NWO will finance research projects that tackle these challenges in an interdisciplinary manner. Where possible, connection will be sought with existing initiatives.

Opening call for proposals: July 2020
Deadline pre-proposals: not earlier than January 2021
Contribution NWO: 5 million euros
Project size (including co-funding): 1 – 1.5 million euros

Climate-robust production systems and water management

As a result of climate change, the Netherlands is increasingly confronted with long periods of drought and with periods of a lot of precipitation in a short space of time. This has major consequences for agriculture and horticulture. The effects and possibilities for solutions are dependent on the local soil and water system and can therefore strongly differ per region. The Netherlands faces the challenge of developing climate-robust, agricultural and horticultural production systems in conjunction with (innovations in) the water system management. For this, the societal aspects of intended innovations will need to be taken into account as well.
With this call, NWO will fund research projects that tackle these issues in an interdisciplinary manner.

Opening call for proposals: July 2020
Deadline: not earlier than January 2021
Contribution NWO: 6 million euros
Project size (including co-funding): 1 – 1.5 million euros

Lifestyle and living environment

The aim of the call is to initiate research that structurally improves equal opportunities to be able to live in good health. The call focuses on the (further) development and application of sustainable, innovative, preventative interventions aimed at both lifestyle and the living environment. These successful innovations are based on previously acquired results and will be further strengthened within this call by the use of artificial intelligence (AI) and learning communities. The outcomes will contribute to the aim that by 2040 disease burden as a consequence of an unhealthy lifestyle and living environment will have been reduced by 30% compared to 2020.

Opening call for proposals: July 2020
Deadline: not earlier than January 2021
Contribution NWO: 5.75 million euros
Project size (including co-funding): 3.3– 3.39 million euros

Living with dementia

This call makes a contribution to the mission objective that in 2030 the quality of life for people with dementia has increased by 25%. It concerns research that mainly focuses on: mechanism(s) of initiation; prevention of dementia and the associated consequences; curing dementia; increasing and/or maintaining the quality of life experienced by people with dementia and their informal carers; and strengthening the contribution to this by the formal healthcare system whether or not this involves the help of technology.
In the call, the focus will be on two interdisciplinary research lines in which for both lines connection will be sought with the key technology artificial intelligence (AI):
1.    mechanistic research, resulting in high-quality diagnostics, prognostics and interventions;
2.    research into the psychosocial interventions focusses on personalised self-management, joint management and usable technology for people with dementia and their (in)formal care providers.

Opening call for proposals: July 2020
Deadline: not earlier than January 2021
Contribution NWO: 5.25 million euros
Project size (including co-funding): 2.9 million euros – 3.09 million euros (one project per research line)

Other funding instruments

Mission-driven calls

The following mission-driven calls are planned for the autumn of 2020:
•    Security
•    Public earning capacity
•    Human Capital
•    Societal expectation, embedding and social innovation

Partnerships

For Partnerships, a Partnership desk has been opened to discuss the possibilities.
Read more about Partnerships here.

Long-Term Programmes (LTPs)

For Long-Term Programmes (LTPs) with a maximum duration of ten years, a call for proposals (pre-proposals) is expected in September 2020.
Read more about the LTPs here.

Therefore please follow the developments via nwo.nl/en/kic, @NWOnieuws and LinkedIn!

Research brings solutions a step closer

Climate change, cyber security, the ageing population: our society faces several major challenges. These challenges require groundbreaking innovative solutions with impact. This provides economic opportunities for public and private parties to jointly develop innovative solutions for societal issues. The contribution of scientific and practice-oriented research is indispensable in this regard. The aim is to achieve not just societal impact but also economic and scientific impact.

For this, NWO will deploy programmes of considerable size so that a real difference can be made. To realise the challenges set, NWO will initiate collaborations, make connections between researchers, private parties and public parties, and encourage the exploration of new pathways. Bringing different parties together will give rise to new consortia and innovative research. In the vision of NWO, the opportunities arising from the intended changes and the impact these have will be maximised if interdisciplinary research is realised in which collaboration is sought with relevant knowledge institutions and public and private partners, including SMEs. Partners make a substantial contribution to the research financially (in cash) and by providing support (in kind).

NWO and KIC

Each year, NWO will make more than 100 million euros available for fundamental and practice-oriented research that is realised by scientists in collaboration with companies. The financial contribution of NWO is established in the Knowledge and Innovation Covenant (KIC) 2020-2023, in which knowledge institutions, industry, government bodies and other public parties jointly invest in innovation. This funding is aligned with the mission-driven top sectors and innovation policy of the Dutch government.

Source: NWO

/0 Reacties/door
,

Funding for projects within Open Technology Programme and Take-off

In June, the board of NWO Domain Applied and Engineering Sciences has granted 43 projects within the Open Technology Programme and Take-off.

Open Technology Programme

In June, the board of NWO Domain AES granted 7 research projects within the Open Technology Programme (OTP). The projects range from coastal defense to propellers and cancer treatment, among other things.

The Open Technology Programme is open to excellent research aimed at the possible implementation of the results. The programme offers companies and other organisations an easily accessible way of becoming involved in scientific research that leads to usable knowledge.

These are the seven awarded projects, in order of project number:

Take-off

Take-off is a funding instrument aimed at stimulating and supporting business activity and entrepreneurship originating in science.

In Take-off’s spring 2020 round, 27 feasibility studies were given the green light. Nine young starters also receive a loan from Take-off: the early-stage funding offers them a maximum amount of 250,000 euros. These capital injections will benefit a.o. AI safety solutions, coronary artery disease, wireless e-bike charging and a dialogue trainer. Take-off’s new round is open for applications on mid-july 2020.

Overview of granted projects
– Feasibility studies (phase 1), wo
– Feasibility studies (phase 1), TO2
– Early stage route (phase 2)

Source: NWO News

/0 Reacties/door
,

New insights into the energy levels in quantum dots

(Nanowerk News) Researchers from Basel, Bochum and Copenhagen have gained new insights into the energy states of quantum dots. They are semiconductor nanostructures and promising building blocks for quantum communication. With their experiments, the scientists confirmed certain energy transitions in quantum dots that had previously only been predicted theoretically: the so-called radiative Auger process. For their investigations, the researchers in Basel and Copenhagen used special samples that the team from the Chair of Applied Solid State Physics at Ruhr-Universität Bochum had produced.
The researchers report their results in the journal Nature Nanotechnology (“Radiative Auger process in the single-photon limit”).

Lock up charge carriers

In order to create a quantum dot, the Bochum researchers use self-organizing processes in crystal growth. In the process, they produce billions of nanometer-sized crystals of, for example, indium arsenide. In these they can trap charge carriers, such as a single electron. This construct is interesting for quantum communication because information can be encoded with the help of charge carrier spins.
For this coding, it is necessary to be able to manipulate and read the spin from the outside. During readout, quantum information can be imprinted into the polarization of a photon, for example. This then carries the information further at the speed of light and can be used for quantum information transfer.

This is why scientists are interested, for example, in what exactly happens in the quantum dot when energy is irradiated from outside onto the artificial atom.

charged exciton

Schematic representation of a charged exciton, i.e. an excited state consisting of two electrons and one hole within a quantum dot. (Image: Arne Ludwig)

Special energy transitions demonstrated

Atoms consist of a positively charged core which is surrounded by one or more negatively charged electrons. When one electron in the atom has a high energy, it can reduce its energy by two well-known processes: in the first process the energy is released in the form of a single quantum of light (a photon) and the other electrons are unaffected.
A second possibility is an Auger process, where the high energy electron gives all its energy to other electrons in the atom. This effect was discovered in 1922 by Lise Meitner and Pierre Victor Auger.
About a decade later, a third possibility has been theoretically described by the physicist Felix Bloch: in the so-called radiative Auger process, the excited electron reduces its energy by transferring it to both, a light quantum and another electron in the atom.

A semiconductor quantum dot resembles an atom in many aspects. However, for quantum dots, the radiative Auger process had only been theoretically predicted so far.
Now, the experimental observation has been achieved by researchers from Basel. Together with their colleagues from Bochum and Copenhagen, the Basel-based researchers Dr. Matthias Löbl and Professor Richard Warburton have observed the radiative Auger process in the limit of just a single photon and one Auger electron. For the first time, the researchers demonstrated the connection between the radiative Auger process and quantum optics.
They show that quantum optics measurements with the radiative Auger emission can be used as a tool for investigating the dynamics of the single electron.

electron

An electron inside a quantum dot is raised by a photon (green waveform) to a higher energy level. The result is a so-called exciton, an excited state consisting of two electrons and one hole. By emitting a photon (green waveform), the system returns to the ground state (green path). In rare cases, a radiative Auger process takes place (red arrow): an electron stays in the excited state, while a photon of lower energy (red waveform) is emitted. (Image: Arne Ludwig)

Applications of quantum dots

Using the radiative Auger effect, scientists can also precisely determine the structure of the quantum mechanical energy levels available to a single electron in the quantum dot. Until now, this was only possible indirectly via calculations in combination with optical methods. Now a direct proof has been achieved. This helps to better understand the quantum mechanical system.
In order to find ideal quantum dots for different applications, questions such as the following have to be answered: how much time does an electron remain in the energetically excited state? What energy levels form a quantum dot? And how can this be influenced by means of manufacturing processes?

Different quantum dots in stable environments

The group observed the effect not only in quantum dots in indium arsenide semiconductors. The Bochum team of Dr. Julian Ritzmann, Dr. Arne Ludwig and Professor Andreas Wieck also succeeded in producing a quantum dot from the semiconductor gallium arsenide. In both material systems, the team from Bochum has achieved very stable surroundings of the quantum dot, which has been decisive for the radiative Auger process. For many years now, the group at Ruhr-Universität Bochum has been working on the optimal conditions for stable quantum dots.

Source: Ruhr-Universität-Bochum via Nanowerk news

/0 Reacties/door
,

Graphene, how can we produce it on a larger scale?

A blog by Gerhard Bauhuis, Technical Sales Advisor at Bronkhorst.

The ‘Graphene Flagship’ is a Future and Emerging Technology Flagship by the European Commission. On April 3rd, 2020 they announced to be in transition to the so-called ‘Core 3’ stage, the fourth funding cycle of the €1 Billion research initiative funded by the European Commission.

In this three-year phase of the project, the Graphene Flagship expects to advance much further towards the commercialization of graphene and layered materials. While keeping an eye on fundamental research, the Graphene Flagship Core 3 will have a special focus on innovative research to boost graphene-enabled technologies to higher technology readiness levels.

What is graphene?

Graphene can be subdivided in three different types: single-layered, double-layered and multi-layered graphene:

  • Single-layered graphene is the purest form available with with unique characteristics. These characteristics make (single-layered) graphene an attractive product for a large number of applications.
  • Double-layered as well as multi-layered graphene have other (less qualitative) characteristics.

As the number of layers increases, it also becomes increasingly cheaper to produce. In this blog I limit myself to only single-layered graphene, because as of today this type still gives the best result in various research.

Graphene is the world’s first 2D material that consists of only a single atomic layer of carbon; the same material that’s used in diamonds and penciltips. The carbon atoms in graphene are ranked in a hexagon structure. Single-layered graphene is characterized by the following properties

  • 200 times stronger than steel
  • 1.000.000 times thinner than a single human hair
  • The world’s lightest material (1 m² weighs about 0,77 milligram)
  • Flexible
  • Transparent
  • Impenetrable for molecules
  • Excellent electrical and heat conduction

Graphene can also be combined with other materials, such as gases and metals, to produce new materials with the abovementioned properties or to improve existing materials. At this point there isn’t a method available yet to produce graphene on a larger scale against acceptable costs. However, this is still being researched.

Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PE-CVD)

Bronkhorst, 3D-model structure of graphene

Bronkhorst, 3D-model structure of graphene

There are a couple of different methods to produce graphene. One of the most common methods in single-layered graphene production is Plasma Enhanced Chemical Vapour Deposition (PE-CVD). In this method, a mixture of gases – in which at least one gas contains carbon – is heated until a plasma has formed. Mass flow meters and controllers are used in CVD processes to dose gases and liquids accurately.

In PE-CVD the plasma forms a graphene layer on a nickel or copper substrate. Heating takes place in a vacuum, but a more ‘green’ CVD process can be used as well, in which heating takes place under atmospheric pressure. By using Chemical Vapour Deposition large sheets of graphene can be produced.

Some of the precursors are liquids that need to be evaporated first, to be used in the CVD process in its gaseous form. It’s very important that the plasma is created with the right proportions and precision. This can be achieved by using highly accurate flow instruments. A deviation in the plasma can cause defects in the graphene layer. Defects can be impurities in the 2D structure that can change the unique properties of the material.

Research for high quality graphene by using atmospheric pressure plasma-based techniques

Bronkhorst CEM system for research at the University of Cordoba

Bronkhorst CEM system for research at the University of Cordoba

 

Our Spanish distributor, Iberfluid Instruments S.A, recently cooperated with the University of Cordoba in a research to investigate the opportunities regarding graphene production on a large scale by using a plasma based technique under atmospheric pressure. In this research ethanol was evaporated with the use of Bronkhorst evaporation system, the so-called Controlled Evaporation and Mixing (CEM) system, to form a plasma. With the use of an evaporation system liquids are being evaporated directly to create the right gas for the plasma. A possible setup of such an evaporation system can consist of a CEM system with an additional liquid flow meter (i.e. a Coriolis mass flow meter, from the mini CORI-FLOW series) for ethanol, a gas flow controller (i.e. an EL-FLOW mass flow controller) for argon, which functions as a carrier gas and finally a temperature-controlled control valve or mixing valve.

An evaporation system like the Bronkhorst CEM system can deliver excellent performance in terms of stability and accuracy. These properties guarantee a reliable creation of plasma, which eventually leads to higher quality graphene.

In the research document ‘Scalable graphene production from ethanol decomposition by microwave argon plasma torch’ is described why the University of Cordoba (ES) uses the Bronkhorst Controlled Evaporation and Mixing system in the PE-CVD graphene production process.

Areas of application for graphene

Due to a large amount of unique properties research takes place in numerous areas of application. The main focus is on single-layered and double-layered graphene. For now it seems that single-layered graphene still gives the best results. At the same time the use of so-called flakes has been taken into account. These flakes are tiny pieces of graphene which can be mixed with another material, such as polymers. The properties of these materials can be improved by adding graphene flakes, which makes graphene widely applicable in different industries. A couple of examples based on single-layered graphene:

  • Water purification: Scientists are currently developing an advanced filtration system based one graphene oxide that is being used to make polluted water drinkable.
  • Medical industry: Since graphene isn’t poisonous for the human body, research is being done to the possibilities to use graphene in medicine transport in the body, by attaching the medicine to the graphene. Graphene also has the properties to prevent bacteria formation, which makes it ideal to use as a coating for implants.
  • Energy industry: Because of the large surface and excellent electrical conduction, graphene could be used in energy storage. The goal is to make graphene batteries more compact than they are now, while increasing the capacity to make it possible to charge batteries within seconds.
  • Textile industry: Graphene could be used to process electronics in textiles, such as effective, efficient and highly accurate sensors. Furthermore, graphene anti-corrosion coatings and conductive inks can be made.
  • Semiconductor industry: Thanks to good electrical and thermal conductivity, graphene offers possibilities to increase the speed and capacity of chips  (for computers and smartphones).

Would you like more information about graphene?

Read our application note about the setup used at the University of Cordoba or download the research of John Bulmer, scientist at the University of Cambridge, about ‘Forecasting continuous carbon nanotube production in the floating catalyst environment’.

Read application note (Bronkhorst website)
Download the research (Science Direct, Elsevier)

Source blog post: Bronkhorst

/0 Reacties/door

‘Viralert’ richt zich op samenwerking in strijd tegen coronavirus

Twents initiatief ‘Viralert’ richt zich op samenwerking in strijd tegen coronavirus

De beste manier om uit deze crisis te komen, en op een eventuele toekomstige crisis voorbereid te zijn, is samenwerking. Bedrijven en instanties hebben elk hun eigen specialisme en door deze te bundelen kan er sneller en efficiënter worden gewerkt. Niet ieder voor zich, maar allen tezamen een maatschappelijk probleem oplossen, dat is hoe er in Twente gewerkt wordt. Ronny van ‘t Oever, CEO van Micronit Microtechnologies, wilde iets betekenen tijdens de coronacrisis en zag hoeveel kennis en kunde er bij bedrijven en kennisinstellingen ligt. Micronit heeft zelf ook deel van de oplossing in handen. Daar moest wat mee gedaan worden, vond Ronny. Want bij het samenkomen van verschillende expertises kan het verschil gemaakt worden. Op deze manier is platform ‘Viralert’ in het leven geroepen. Twentse bedrijven als Micronit, Demcon, LioniX International en VyCap werken samen met kennisinstellingen uit Enschede, Wageningen, Nijmegen en de rest van Nederland. Maatschappelijk belang is de motiverende kracht, dit gaat voor de partijen boven het eigen economische gewin.

Viralert

Het Viralert initiatief bestaat inmiddels al uit 19 partners uit het bedrijfsleven en een aantal kennisinstellingen uit heel Nederland, waaronder de Universiteit Twente (UT). Het platform is opgericht door Ronny van ‘t Oever, directeur van het in Twente gevestigde Micronit, en Per Slycke, voormalig medeoprichter van het Enschedese bedrijf Xsens. Micronit is een Enschedees bedrijf dat microfluïdische chips ontwikkelt die gebruikt worden bij testen om te bepalen of iemand corona heeft, en bij onderzoek naar het virus. Andere Twentse partners binnen dit samenwerkingsverband zijn o.a. Demcon, expert in mechatronica, robotica en tijdens de coronacrisis bekend van onder andere hun beademingsapparatuur. Ook LioniX is Twents, ze zijn gespecialiseerd in fotonica en micro-nanotechnologie. De kracht van het platform ligt hem in een bundeling van verschillende organisaties met allen hun eigen specialisatie en discipline.

Motivatie

“Wij zijn bereid om te delen en niet voor het voor ons economisch beste scenario te gaan, maar voor het scenario waarbij wij meer efficiënt kunnen samenwerken en we sneller vooruit kunnen. Dat is wat wij binnen Viralert hebben afgesproken, daar maken wij ons hard voor”, zegt Arne Leinse, directeur van LioniX International. Alle partners binnen het initiatief scharen zich achter het maatschappelijk belang, andere belangen zijn daaraan onderhevig. “Alles binnen Viralert draait om samenwerken. Nederland heeft een levendige biomedische industrie met een enorm innovatiepotentieel. Het is eigenlijk niet meer dan logisch om bij een dergelijke crisis de koppen bij elkaar te steken om iets te ontwikkelen dat helpt”, zegt Ronny van ’t Oever. Viralert hoopt dat de overheid gaat zien dat dit soort samenwerkingsverbanden het waard zijn om in te investeren. “Momenteel richt de overheid zich nog te veel op het opschalen van bestaande testen in plaats van de ontwikkeling van innovatieve sneltesten”, zegt Arne Leinse.

Bron: Twente.com

Lees ook het interview met Ronny van t Oever over Viralert.

/0 Reacties/door
,

MESA+ Nanolab partially reopened for urgent development activities

In response to the corona crisis, the MESA+ NanoLab has been closed for development and research since 15 March. The same also applies for other buildings on campus, though several exceptions have now been made. The NanoLab, for instance, is home to a limited number of development activities that, due to their urgent nature, will be continued.

Three companies (Lionix, MedSpray and Micronit) are currently hard at work in the NanoLab, where they are developing devices that can be used to detect and help treat the coronavirus. To do so, they need access to the facilities in the NanoLab. In consultation with the faculties and with safety as our primary concern, MESA+ is constantly evaluating which activities can still take place in the NanoLab.

Lionix

Testing equipment is needed to detect the COVID-19 virus itself and to detect immunological biomarkers in the blood; rapid diagnostics that can be used to detect cases, monitor the clinical picture in patients and establishing immunity. Lionix devices are suitable to detect viruses in a ‘swab’ sample, as is common nowadays, and to analyse the course of the infection and immunity for the virus based on blood-borne biomarkers. Similar photonic devices, though with less sensitive biochips, are known to be able to detect viruses. Read more about Lionix.

MedSpray

Medspray is developing a device that can be combined with an inhaler or a ventilator to administer medication to a patient, which will also see the responsibility for administering medication shift from the supplier to the specialist. This technology has already been put into practice in collaboration with the Radboud hospital and, if proven effective, will be rolled out further.

Micronit

Micronit produces microfluidic products that make a crucial contribution to identifying the virus. Though they operate their own cleanroom, several process steps take place in the MESA+ Nanolab. Micronit initiated the Viralert Foundation, partnering up with businesses and knowledge institutions to develop tests for corona immunity. Read more about Micronit.

Research groups

Several research groups have now also come up with new corona and corona immunity tests and require access to the NanoLab for the development process. We are looking into ways in which the university and the NanoLab can support these developments without compromising on safety. For questions, please contact Gerard Roelofs, head of MESA + NanoLab. Read more about Micronit.

Source article: MESA+ news

/0 Reacties/door
,

NWO-KLEIN subsidie toegekend voor quantum nano project

Het Bestuur van het NWO-domein Exacte en Natuurwetenschappen heeft 16 aanvragen in de Open Competitie ENW-KLEIN gehonoreerd.

De onderwerpen variëren van onderzoek naar wiskundige modellen die kunnen helpen bij de behandeling van uitgezaaide kanker tot hoe een betere kwaliteitscontrole in cellen kan voorkomen dat mensen de ziekte van Parkinson ontwikkelen. KLEIN-subsidies zijn bedoeld voor vernieuwend, fundamenteel onderzoek van hoge kwaliteit en/of wetenschappelijke urgentie.

In de quantum nanotechnologie is een project van Dr. Michael Walter van de Universteit van Amsterdam gehonoreerd voor een ENW-KLEIN subsidie.

Dr Michael Walters - Qsoft

Dr Michael Walters – Qsoft

Taming tensors: An optimization approach to computational invariant theory

Dr. Michael Walter (UvA)
Gevoelsmatig is het duidelijk dat het in de war brengen van een Rubiks kubus eenvoudiger is dan om hem op te lossen. Informatici hebben echter recentelijk ontdekt dat voor een belangrijke klasse puzzels met continue symmetrieën deze intuïtie waarschijnlijk niet klopt! In dit project zullen wij nieuwe algoritmes voor dit soort puzzels ontwikkelen die veel sneller zijn dan tot heden mogelijk werd geacht. Een belangrijke toepassing is voor ‘tensoren’ – collecties van hoog-dimensionale data die alomtegenwoordig zijn in machine learning en quantumcomputers maar die moeilijk hanteerbaar zijn. Het onderzoek kan nieuw licht werpen op fundamentele limieten voor de rekenkracht van computers.

Over Open Competitie ENW-KLEIN

KLEIN-subsidies zijn bedoeld voor het uitvoeren van nieuwsgierigheidsgedreven, ongebonden fundamenteel onderzoek van hoge kwaliteit en/of wetenschappelijke urgentie. De KLEIN-subsidie biedt onderzoekers de mogelijkheid om creatieve, risicovolle ideeën uit te werken en wetenschappelijke vernieuwingen tot stand te brengen die de basis kunnen vormen voor de onderzoeksthema’s van de toekomst. Er zijn drie categorieën KLEIN-subsidies: KLEIN-1 (1 wetenschappelijke positie), KLEIN-2 (2 wetenschappelijke posities in samenwerking) en KLEIN-0 (investeringen) die in onderlinge competitie beoordeeld worden. Om het verwerven van middelen voor startende onderzoekers (nieuwe vaste-stafleden en tenure trackers) te vereenvoudigen, kunnen zij eenmalig aanspraak maken op een voorkeursbehandeling. Dit geldt alleen voor KLEIN-1 aanvragen.

U kunt doorlopend aanvragen indienen binnen de NWO Open Competitie ENW – KLEIN. De verwachting is dat vanaf 1 augustus 2020 een nieuwe call opent. Het Domeinbestuur zal hierover in juli besluiten en de voorwaarden van de ronde vaststellen. Nadere informatie volgt in juli 2020.

 

Bron NWO nieuws
Bron beeld Qsoft

/0 Reacties/door
,

Toevalstreffer wateronderzoek levert betere detectiemethode voor coronavirus op

Wateronderzoek en het coronavirus zijn geen logische combinatie. Toch is het Delftse en Noorse onderzoekers gelukt om uit hun wateronderzoek een slimme toepassing te halen voor de detectie van het coronavirus. Toevallig – maar zeker niet minder nuttig.

Het doel van het NWO-domein TTW-project ‘WaterTagging: DNA-microparticles for tracing and modelling water flows and travel times in natural systems’ is om waterstromen in kaart te brengen. De Delftse onderzoekers, onder leiding van Thom Bogaard, gebruiken daarvoor microbolletjes van ijzeroxide met silicium. Deze bolletjes zijn gelabeld met een soort DNA-streepjescode. Ze worden vervolgens in een waterstroom ingebracht, om ze verderop terug te vinden. Door de streepjescode is te achterhalen wanneer en waar de deeltjes zijn ingebracht. Zo volgen de onderzoekers waterstromen, en kunnen ze bijvoorbeeld de bron van verontreinigingen opsporen. Eind 2018 kon het team het onderzoek uitbreiden, door middel van een Water JPI Europees samenwerkingsproject, UrbanWat, gefinancierd door NWO-domeinen ENW en SGW.

Samenwerking met Noorwegen

Vanaf het begin is er in dit onderzoek gekozen voor intensieve samenwerking met NTNU in Noorwegen. De Delftse postdoc van dit project, Sulalit Bandyopadhyay, bleef tijdens al het onderzoek verbonden aan NTNU, een onderzoeksgroep in Trondheim met expertise op het gebied van die microdeeltjes. Daar veranderden de onderzoekers de microdeeltjes om beter toepasbaar te zijn voor het wateronderzoek, maar ondervonden problemen bij het met DNA labelen van het microdeeltje. RNA daarentegen bleek wel goed te binden aan de oppervlakte van de microdeeltjes. En, een geluk bij een ongeluk, dat RNA is ook het genetische materiaal in het virus dat COVID-19 veroorzaakt.
Nieuwe detectiemethode

De Noorse onderzoekers bouwen voort op deze vinding bij de ontwikkeling van een nieuwe testmethode naar het coronavirus. Zij gebruiken de microdeeltjes om RNA te extraheren uit een oplossing die een monster van de patiënt bevat. Omdat de microbolletjes ijzeroxide bevatten, kan met behulp van een magneet het RNA gescheiden en gezuiverd worden. Vervolgens wordt de genetische code van dat gezuiverde RNA geïdentificeerd en vergeleken met het coronavirus. Deze nieuwe testmethode lijkt gevoeliger te zijn dan huidige methodes om het coronavirus op te sporen. In de projectgroep in Noorwegen wordt daarom nu opgeschaald om minimaal voor 150.000 tests per week aan microbolletjes te produceren in dat land. Of deze methode ook in Nederland zal worden toegepast is nu nog niet bekend.

Bron: NWO nieuws
Cover foto: Projectleider Thom Bogaard bij de watertagging testopstelling. Beeld: Technische Universiteit Delft | Frank Auperlé

/0 Reacties/door