Promovendus Maarten van Herpen van de Katholieke Universiteit Nijmegen heeft een nieuw veelzijdig lasertype ontwikkeld om de concentraties van allerlei gassen te kunnen meten. Om te laten zien hoe gevoelig het systeem is, heeft Van Herpen een blaastest afgenomen bij een mier.
Het nieuwe lasertype wordt OPO genoemd, een afkorting voor Optical Parametric Oscillator. De OPO-laser kan gassen detecteren die uitgeademd worden door planten, dieren en mensen. Dat is op zich niet nieuw, want met de gebruikelijke CO2- en CO-lasers kan dat ook. Het meetbereik van die lasers is echter nogal beperkt, omdat ze alleen specifieke lichtkleuren kunnen produceren. Met de nieuwe OPO-laser zijn veel meer lichtkleuren te maken zodat er veel breder onderzoek mee te doen is. Het principe van de OPO laser is inmiddels een jaar of zeven bekend en er wordt op verschillende plaatsen op de wereld onderzoek aan het nieuwe lasertype gedaan. De OPO laser die Maarten van Herpen bij de Nijmeegse onderzoeksgroep Molecuul- en Laserfysica gebruikte is het eerste exemplaar dat ook in het golflengtegebied tussen 4000 en 5000 nm alle kleuren kan produceren. Daardoor zijn met dit exemplaar meer verschillende stoffen te meten, waaronder kooldioxide, dat licht van 4200 nm absorbeert. Daarnaast heeft de laser ook een hoge lichtintensiteit. Dat betekent dat lagere concentraties van die stoffen meetbaar zijn. Verder is de OPO ook veel compacter dan de CO2- en CO-lasers, waardoor het gemakkelijker wordt om de laser mee te nemen en ergens ter plekke metingen te doen.
Mieren
Om te zien hoe gevoelig het nieuwe apparaat was, gebruikte Maarten van Herpen zijn laser voor een blaastest bij een mier. Hij ving er een in de universiteitstuin en stopte het beestje in een dun buisje, dichtgemaakt met watten.
De mier in het buisje. Schone lucht stroomt aan de rechterkant binnen en gaat er links weer uit, naar de laser toe. Beeld: KUN
Een klein stroompje lucht leverde de mier de benodigde zuurstof. Aan het eind van het buisje ving Van Herpen de lucht weer op en leidde deze naar de laser. In deze opgevangen luchtstroom zat dus ook de door de mier uitgeademde gassen. Detectie van de gassen verloopt volgens het principe dat alle stoffen bepaalde kleuren licht kunnen absorberen. Iedere stof neemt slechts bepaalde kleuren op, en daardoor heeft iedere stof ook zijn eigen ‘vingerafdruk’ van absorpties. Door naar deze absorpties te kijken, bepalen de onderzoekers hoeveel van een bepaalde stof er aanwezig is. De promovendus kon op deze wijze nauwkeurig de door de mier uitgeademde hoeveelheden kooldioxide vaststellen. Daaruit bleek dat een mier (tenminste, een mier in een reageerbuis) slechts eens per 1 à 2 minuten ademhaalt.
In de figuur is aan de met de laser gemeten piekjes koolstofdioxide (CO2) te zien dat de mier iedere 1 à 2 minuten uitademt. Beeld: KUN
Honderden gassen
De bij de mier uitgevoerde blaastest was nog eenvoudig met wat de Nijmeegse onderzoekers verder van plan zijn. Ze willen een test ontwikkelen die honderden verschillende stoffen kan meten in de ademhaling van mensen. Deze stoffen zijn als indicatoren te beschouwen voor de gezondheidstoestand. Nu moet men daar vaak bloed voor afnemen en kijken welke stoffen daarin voorkomen. Het idee is om met de nieuwe blaastest een gevoelig en niet-invasief alternatief voor het bloedonderzoek te ontwikkelen – net zoals de bekende blaastest van de politie kan aangeven of je gedronken hebt zonder dat daar een druppel bloed voor hoeft te worden afgenomen. De methode met de OPO-laser is natuurlijk wel veel gevoeliger en veelzijdiger dan die simpele blaastest.
Beeld: KUN
Van Herpens onderzoek werd gesubsidieerd door de Technologiestichting STW. Maarten Van Herpen promoveert op 4 februari. Op 15 december verscheen een deel van dit onderzoek in het wetenschappelijke tijdschrift Optics Letters.