“Het is echt niet zo dat de bèta-grappen de hele tijd bij ons over tafel vliegen, hoor”, lacht Arthur Hendriks. Al eerder schoof Cursor bij hem aan, toen hij bij het behalen van zijn mastertitel over zijn technische familie vertelde. In de jaren zeventig promoveerde zijn opa bij de toenmalige vakgroep Vastestoffysica, zijn vader koos voor een promotietraject bij Halfgeleiderfysica. Ook zijn moeder studeerde Technische Natuurkunde, maar promoveerde in Leiden. “Wel met een Eindhovense link, haar experimenten deed ze in het NatLab”, knipoogt Hendriks. Hoewel zijn ouders hem altijd aanmoedigden te doen wat hij zelf wilde, stroomt er in het hele gezin bètabloed door de aderen. “Mijn broer is een aantal jaar geleden afgestudeerd bij Technische Natuurkunde, mijn ene zusje heeft Werktuigbouwkunde aan de TU/e gestudeerd, mijn andere zusje Luchtvaart- en Ruimtevaarttechniek in Delft.”

Het was voor Hendriks zeker geen uitgestippeld pad, dat hij een nieuw proefschrift aan de familie-rij zou toevoegen. “Ik wilde lange tijd wat anders, maar werd tijdens mijn afstudeerstage bij Photonics and Semiconductor Nanophysics gegrepen door mijn onderzoek. Daar wilde ik meer van. En zo is er dus toch weer een Hendriks-boekje bijgekomen.”

Plakken zonder lijm

De afgelopen vier jaar was Hendriks veel in de cleanroom te vinden. Daar werkte hij met fotonische sensoren. “Deze sensoren zetten een verandering in de omgeving om in een optisch signaal” legt Hendriks uit. En dat heeft een aantal grote voordelen, zo somt hij vervolgens op. “Je kunt op afstand meten, zelfs op verre afstand. Dat is heel handig om bijvoorbeeld water- of luchtkwaliteit te meten, maar ook voor allerlei medische toepassingen. Zelfs in het menselijk lichaam. We kunnen minuscule sensoren maken, in micrometer range, die bovendien extreem gevoelig zijn. Al met al bieden optische sensoren dus veel flexibiliteit.”

De glasvezelsensoren die momenteel al op industriële schaal gebruikt worden, zitten echter in de glasvezel zelf. Maar door een sensor juist aan het uiteinde van de glasvezel te plaatsen, kun je nog beter omgevingsfactoren meten. En dat is waar Hendriks en zijn collega’s zich op focussen. “De afmetingen zijn echt een uitdaging. De glasvezels die wij gebruiken hebben ongeveer de diameter van een menselijke haar. En daarbovenop wilden we dus op een reproduceerbare manier een sensor vast zien te krijgen. Goed vast.”

Optimale gatenstructuur

Binnen de vakgroep is daar nu een methode voor ontwikkeld, vertelt een enthousiaste Hendriks. “Onze basis is een sensor die gebaseerd is op een  halfgeleider-chip. In een heel dun membraan maken we met lithografie en etsmachines fotonische kristallen. Die reflecteren sommige golflengtes van het licht wel en andere niet. De gaten die we maken zijn een paar honderd nanometer. Daar omheen zetten we een ‘overdrachtsstructuur’ zoals we dat noemen. In een tweede lithografie stap maken we vervolgens een groter gat aan de onderkant waar we de glasvezel door kunnen steken. Het uiteindelijke membraan heeft vier brekingspunten, die precies op de doorsnede van de glasvezel vallen. Het is heel dun, zo’n 250 nanometer en supervlak; het blijft zelfs in vloeistof stevig zitten. Zonder lijm.” Waardoor de sensor dan precies zo goed bevestigd blijft wordt volgens Hendriks momenteel onderzocht. “We denken dat vanderwaals krachten – relatief zwakke aantrekkende krachten tussen moleculen, red. – daar verantwoordelijk voor zijn. Maar het ontwerp werkt, en dat heb ik ook in verschillende toepassingen kunnen aantonen.”

Verder nam hij de sensorstructuren onder de loep om de gevoeligheid van de metingen nog meer te kunnen verfijnen. “We hebben ons laten inspireren door de natuur. De fotonische kristallen die we als basis voor onze tip gebruiken, komen ook voor in pauwenveren, vlindervleugels en keverschilden. Het gatenpatroon dat we vervolgens maakte, luisterde nauw. Een hexagonaal patroon bleek het beste te werken.”

Keukentafel

Samen met de onderzoeksgroep Molecular Biosensing testte Hendriks de door hem ontwikkelde sensoren en konden ze in verschillende experimenten op een heel nauwkeurige manier antilichamen aantonen in een vloeistof. “Handig om op een snelle manier iets grootschalig te kunnen meten, bijvoorbeeld de aanwezigheid van virusdeeltjes in een patiëntsample” Ook gebruikte hij zijn extreemgevoelige fotonische sensor voor het detecteren van nanodeeltjes, bijvoorbeeld in ultrafijnstof. “We laten hier zien dat we echt het ultrakleine kunnen meten – en kunnen zelfs deeltjes van slechts 50 nanometer afzonderlijk meten.” De techniek om deze vernuftige sensoren te maken wordt vooralsnog alleen in de TU/e-vakgroep gebruikt, en Hendriks verwachtingen zijn groot. “Het is reproduceerbaar, flexibel en relatief eenvoudig en daarom uitermate geschikt voor industriële toepassingen.”

Hendriks legt zijn proefschrift bovenop het stapeltje dat hij van thuis meenam; de boekjes van zijn moeder, vader en opa. Hij bladert even in zijn opa’s proefschrift. “Opa dicteerde, oma typte het met de hand uit. Helaas is mijn opa vorig jaar overleden, maar hij vond het maar wat interessant dat ik bij ‘zijn’ vakgroep ging promoveren. Hoewel mijn werk heel specifiek is, blijken ‘de wegen der wetenschap’ nog veelal hetzelfde, dat merk ik ook met z’n allen aan de keukentafel. Toch heel bijzonder dat we dat in onze familie zo kunnen delen.”