De echte magie van het beheersen van deeltjes met DNA en licht

10 juli 2025

B谩rbara Malheiros verdedigde op 3 juli haar proefschrift aan de faculteit Chemical Engineering and Chemistry. Inmiddels werkt ze als projectmanager bij het Research Support Office (RSO).

Foto: Bart van Overbeeke

Het onderzoek maakt deel uit van het DNA van Barbara Malheiros. Als onderdeel van haar promotieonderzoek plaatste ze DNA op het oppervlak van kleine deeltjes om ze aan elkaar te laten plakken. Deze deeltjes kunnen gebruikt worden in zogenaamde slimme materialen 鈥� dit zijn materialen die zichzelf samenvoegen tot specifieke structuren voor gebruik in materiaalwetenschap en nanotechnologie. Na haar promotietraject helpt ze nu anderen met hun onderzoeken vanuit het Research Support Office van de 果冻传媒.

DNA is de 'code van het leven' en bevat de informatie die jou uniek jezelf maakt. Als je een wetenschapper vraagt waar je DNA kunt vinden, zeggen ze bijna allemaal: in de kern van een biologische cel.

Toch kunnen sommige onderzoekers, zoals B谩rbara Malheiros, je vertellen dat DNA niet alleen voor genetica geschikt is. DNA aan de buitenkant van kleine deeltjes, bekend als collo茂den, kan juist van invloed zijn op de interactie tussen collo茂den en anderen.

DNA kan een enorme invloed hebben op hoe een deeltje zich gedraagt.

B谩rbara Malheiros

Met DNA beklede collo茂den kunnen zich aan elkaar binden, reageren op veranderingen in hun omgeving, en zelfs bewegen wanneer ze worden blootgesteld aan licht. Dat is waar Malheiros aan werkte in het kader van haar promotieonderzoek.

鈥淒NA kan enorme invloed hebben op hoe een deeltje zich gedraagt,鈥� zegt Malheiros. 鈥淗et hangt af van hoeveel DNA er op het deeltjesoppervlak aanwezig is, hoe het op het oppervlak is verdeeld, en welk type DNA het is.鈥�

Met DNA beklede geschiedenis

Met DNA gecoate deeltjes worden al ongeveer 70 jaar bestudeerd. Met behulp van benaderingen uit de klikchemie (een onderwerp dat in won), kunnen DNA-strengen worden gehecht aan verschillende kleine deeltjes, zoals collo茂den.

鈥淭oen de kunst van het koppelen van DNA aan deeltjes werd ontwikkeld, begonnen er spannende dingen te gebeuren. Deze met DNA beklede deeltjes begonnen zichzelf te assembleren of aan elkaar te plakken om structuren te cre毛ren. Dit kan ongekende mogelijkheden hebben in materiaalwetenschap en nanotechnologie,鈥� merkt Malheiros op.

Toen de kunst van het hechten van DNA aan deeltjes werd ontwikkeld, begonnen er spannende dingen te gebeuren.

B谩rbara Malheiros

In haar proefschrift vergeleek Malheiros twee verschillende manieren om DNA aan deeltjes te koppelen. Een daarvan is klikchemie, terwijl de tweede een eiwitbindende benadering is die bekend staat als biotine-streptavidine (BSP). 鈥淗oewel beide benaderingen met succes DNA op de deeltjes plaatsten, vormden ze verschillende kristalachtige structuren. Dit suggereert dat de manier waarop DNA aan het oppervlak is gehecht, van invloed is op hoe de deeltjes daarna met elkaar omgaan.鈥�

Foto: Vincent van den Hoogen

Slimme toepassingen

Toen Malheiros eenmaal had gekeken naar manieren om DNA aan de collo茂dale deeltjes te plakken, wilde ze weten hoe de deeltjes aan elkaar plakten bij blootstelling aan verschillende soorten licht.

鈥淚k gebruikte blauw en UV-licht in mijn onderzoek. Om het DNA op licht te laten reageren, heb ik een speciaal molecuul toegevoegd, azobenzeen genaamd. Dit molecuul verandert van vorm in ander licht, en dit kan de manier veranderen waarop de deeltjes aan elkaar plakken.鈥�

Deze lichtgevoelige deeltjes kunnen in de toekomst toepassingen van slimme materialen hebben, met name in de fotonica. 鈥淛e zou dezelfde DNA-gecoate deeltjes kunnen gebruiken om twee totaal verschillende structuren te maken, afhankelijk van het soort licht dat op de deeltjes wordt belicht. Dit zou kunnen leiden tot op maat gemaakte fotonische apparaten die alleen werken onder specifieke lichtomstandigheden en kunnen worden gebruikt in toekomstige computerapparaten鈥�, voegt Malheiros toe.

Daar komt nog bij dat de collo茂dale deeltjes kunnen worden gebruikt in biosensing om de diagnose van ziekten te verbeteren. 鈥淒e collo茂den kunnen zich in lage concentraties hechten aan biomarkers en helpen de tijd voor de diagnose van ziekten zoals kanker te verkorten.鈥�

Zitten, kijken, wachten

Natuurlijk wilde Malheiros de met DNA beklede collo茂den in actie zien terwijl ze aan elkaar plakten om structuren te vormen. Dit werd mogelijk gemaakt met optische en confocale microscopie.

鈥淏ij optische microscopie kon ik alleen het assemblageproces zien plaatsvinden en dat leidde tot grote aggregaten tussen de 50 en 100 micrometer groot. Met confocale microscopie kon ik echter individuele deeltjes volgen en het assemblageproces live vastleggen - wat erg handig is als het gaat om het begrijpen van de assemblagedynamiek.鈥�

Talking Science 2024

Malheiros' passie voor haar onderzoek kwam tot uiting in 2024 toen ze deelnam aan de 果冻传媒-pitchwedstrijd Talking Science.

鈥淗et was zo'n geweldig leermoment voor mij,鈥� zegt Malheiros. 鈥淏ij het maken van mijn pitch heb ik gekeken naar de 'big picture'-impact van mijn onderzoek en mijn werk in een perspectief geplaatst dat een breder publiek zou kunnen waarderen.鈥�

Hoewel Malheiros niet won, was de magie van haar onderzoek te zien toen ze het podium betrad. 鈥淚k ben er echt voor gegaan. Ik kleedde me in een kostuum dat mijn verhaal over met DNA beklede deeltjes aanvulde.鈥�

Voor Malheiros was de grote take-away van de wedstrijd het belang van verhaal in onderzoek. 鈥淚k verbeterde mijn vermogen om een complex onderzoeksverhaal te structureren tot een verhaal dat iedereen kon begrijpen. Dit is een nuttige vaardigheid voor onderzoekers, omdat we vaak door de samenleving worden gevraagd om duidelijk te maken waarom belastinggeld in universiteiten zou moeten worden ge茂nvesteerd.鈥�

Overgang naar onderzoeksondersteuning

Nu haar promotie is afgerond, blijft Malheiros aan de 果冻传媒 verbonden als projectmanager bij het Research Support Office (RSO). Sterker nog, ze werkte al in haar nieuwe rol, zelfs terwijl ze haar proefschrift nog aan het schrijven was.

Mijn tijd- en projectmanagementvaardigheden werden op de proef gesteld en ik heb de afgelopen maanden veel over mezelf geleerd.

B谩rbara Malheiros

鈥淚n september vorig jaar liep mijn PhD-contract af en in oktober ben ik bij RSO begonnen. Het was een snelle overgang, om eerlijk te zijn. Ik was net klaar met mijn experimentele werk, dus dat betekende dat ik nog de data-analyse en het schrijven nog moest doen. Dit heb ik allemaal 鈥榮 avonds en in het weekend moeten afronden,鈥� zegt Malheiros. 鈥淢ijn vaardigheden op het gebied van tijd en projectmanagement werden flink op de proef gesteld en ik heb de afgelopen maanden veel over mezelf geleerd.鈥�

Volgens Malheiros is haar ervaring als promovendus van onschatbare waarde gebleken in haar nieuwe rol. 鈥淢ijn PhD-jaren hebben me geleerd om snel te leren en dingen snel in de praktijk te brengen, wat belangrijk is geweest voor mijn nieuwe rol. En omdat ik in mijn nieuwe rol met veel PI's werk, ben ik me ervan bewust hoe belangrijk tijd voor hen is en hoe ik kan helpen. Het gaf me een goed gevoel van empathie voor onderzoekers.鈥�

Een verrassende verandering?

Maar was haar carri猫reswitch een verrassing voor de mensen om haar heen? 鈥淰oor mijn collega's in de onderzoeksgroep kwam het als een verrassing, omdat ze mij als een toekomstige onderzoeker zagen. Mijn familie was blij dat ik een baan vond die meer stabiliteit en zekerheid bood. Ze zagen hoe veeleisend een baan als onderzoeker kan zijn in termen van werktijden en financiering.鈥�

Dingen houden niet op spannend te zijn als je het onderzoek verlaat.

B谩rbara Malheiros

Nu Malheiros een nieuwe rol op zich neemt, weg van fundamenteel onderzoek, welk advies heeft ze dan voor iedereen die overweegt iets nieuws te verkennen dat verder gaat dan onderzoek?

鈥淰olg je hart. Dingen houden niet op spannend te zijn als je het onderzoek verlaat. Het is het tegenovergestelde - een nieuwe rol buiten zelf onderzoek doen, is misschien wat je nodig hebt om een doel te vinden. In de academische wereld is er een beperkte visie op wat andere carri猫res te bieden hebben, vooral omdat we ons alleen maar richten op een academische carri猫re of op R&D-banen. Maar tijdens een PhD ontwikkelen we veel meer verschillende vaardigheden, en die verdienen het ook om ontwikkeld te worden als je daar een mooie kans voor vindt.鈥�