DedoorbraakAnastasiia Krushynska
Een opmerkelijke controletest
Door Tim van de Vendel
By Tim van de Vendel
Tim van de Vendel
Ze had het bijna opgegeven. Al jaren doet Anastasiia Krushynska onderzoek naar metamaterialen: composieten die op extreem kleine schaal precies dezelfde mechanische eigenschappen hebben als op grote schaal. In haar lab verfijnde de technisch natuurkundige synthesetechnieken, wiskundige modellen en werkte ze aan kleinschalige tests.
‘Metamaterialen zijn eigenlijk composieten van een basismateriaal en lucht’, legt ze uit. Het basismateriaal kan van alles zijn, bijvoorbeeld rubber of plastic. ‘Door op slimme manieren nauwkeurige poriën in dat materiaal aan te brengen, kun je de eigenschappen aanpassen.’
Zo kan ze bijvoorbeeld, met een soort driehoekige poriën, materialen maken die draaiende krachten omzetten in trekkende krachten en andersom. Andere metamaterialen zijn dan weer geschikt om geluid te absorberen als geluidsscherm langs de snelweg of voor gebruik in een perfect buigende sportschoen. ‘De mogelijkheden zijn eindeloos’, vertelt Krushynka. ‘Ze werken, maar ik wilde ze nog toegepast zien worden.’
Kaakbot
Dat was alleen niet eenvoudig. Krushynka probeerde het bedrijfsleven te interesseren, maar de contacten liepen stroef. ‘Metamaterialen zijn nog duur en ingewikkeld om te produceren’, zegt ze. ‘En er is een hele hoop bureaucratie bij betrokken.’
In de coronaperiode deed zich echter een kans voor: Krushynksa was bij een symposium waar chirurg en hoogleraar Max Witjes van het UMCG sprak over de problemen met het ontwerpen van patiënt-specifieke kaakimplantaten.
Zulke implantaten bestaan nu nog uit massief titanium. Dat is supersterk en het wordt niet door het lichaam afgestoten, zegt Krushynska. ‘Maar het probleem is dat het implantaat zeven tot tien keer stijver is dan het bot waar het aan vast zit.’
Hierdoor vangt het implantaat bijna alle krachten op die op de kaak komen, terwijl het bot veel minder onder druk staat. Daardoor verliest het bot langzaam haar massa en structuur, zegt ze. ‘Uiteindelijk verdwijnt het bot en valt het implantaat uit.’
Poriën
Hier kon Krushynska’s werk de uitkomst bieden. Ze nam contact met Witjes op en ook hij was enthousiast. Al snel kon ze masterstudent Jorn-Ids Heins aan het werk zetten met de eerste tests.
Krushynska’s team loste het probleem op door structureel poriën aan te brengen in het titanium. Zo ‘verzwakken’ ze het materiaal tot het mechanisch bijna gelijk is aan bot. ‘En door de gaten kan het bot ook in het implantaat groeien.’ Daarbij focust ze voorlopig op een relatief kleine en eenvoudige toepassing: een kaakimplantaat voor patiënten met keel- of kaakkanker.
Het masteronderzoek bleek al snel zo succesvol dat zowel Heins als Krushynka niets liever wilden dan het doortrekken naar een volledig promotieonderzoek.
Beursaanvraag
Er was één probleem: voor een PhD is geld nodig, terwijl de ene na de andere beursaanvraag werd afgewezen. Uiteindelijk wist ze intern geld los te krijgen bij het UMCG, zodat – inmiddels PhD’er – Heins aan de slag kon. Een opluchting, maar nog niet genoeg voor een echt groot project.
Dit beginnetje gaf Krushynska hoop dat een grotere subsidieaanvraag deze keer wel zou werken. En dus waagde ze samen met het UMCG een poging voor een subsidie van 3,7 miljoen euro van het Samenwerkingsverband Noord-Nederland (SNN). ‘Die beurs krijg je niet zomaar. Ze kiezen alleen de meest veelbelovende projecten waar ze écht in geloven.’
Na maanden wachten kwam het mailtje van haar collega waar ze zo lang op had gewacht. De beurs was toegekend met een topscore van het UMCG: 86 van de 100 punten. ‘Vanaf dat moment was ik er echt van overtuigd dat deze technologie het verschil gaat maken’, vertelt Krushynska trots.
ASML
Op dit moment is ze, naast haar project met het UMCG, in gesprek over hoe haar metamaterialen op andere manieren kunnen worden toegepast. Dat is bijvoorbeeld voor het dempen van geluid of het verminderen van trillingen. Ze is onder andere in gesprek met chipfabrikant ASML.
Het betekent niet dat er geen uitdagingen meer zijn. Het lastige is nu om de productie op te schalen. Ook duren de computersimulaties die nodig zijn om het implantaat te ontwerpen nog te lang. ‘We hebben een simulatie een week laten lopen en toen was hij nog niet klaar.’
Maar dat is een kwestie van geduld, zegt Krushynska. Haar groep is nu bezig die simulaties te optimaliseren. ‘Als we zo’n tool weten te ontwikkelen, hebben we alle vrijheid om de eigenschappen van praktisch relevante metamaterialen te onderzoeken.’