APPARAAT 'ZIET' EXPLOSIEVEN IN KOFFER EN ANTIVRIES IN WUN Albert Einstein met 'speciale effecten' FEBRUAl 'n Bij zond Een niei Kernen als tollende magneetjes DE STEM WETENSCHAP MAANDAG 29 FEBRUAR11988 Sinds het Oostenrijks-Duitse wijnschandaal heeft elk Westduits wijngebied een NMR-cen- trum, waar men de drank in een oogwenk con troleert op vreemde toevoegingen. Tumoren UIT BOEKEN BLADEN li^TKivi OMNIVERSUM MAAKT 'OMHULLENDE' FILM Wegduiken AMERIKA VR NMR kijkt diep in 't glaasje Door Kees Buijs Zo stellen scheikundigen zich schematisch de opbouw van moleculen voor: een ingewikkelde hoop atomen die elkaar op hun plaats houden. De NMR-techniek kan helpen de pre cieze opbouw van het molecuul te achterhalen. De opbouw hangt namelijk nauw samen met de eigenschappen van het molecuul. Kort geleden vochten twee Amerikaanse olieconcerns een patentzaak uit, die ging om honderden miljoenen dollars. Mobil Oil beschuldigde Union Carbide er van, zijn katalysa tor -een hulpstof die de olie- raffinage versnelt- te hebben gekopieerd; de tegenpartij hield vol een eigen katalysator te hebben ontwikkeld. Een NMR-analyse wees uit, dat 't precies dezelfde katalysator was. Binnenkort kunnen NMR- apparaten op luchthavens kof fers controleren op explosie ven. Niet door röntgenfoto's te maken van verdachte voor werpen, maar door in een paar seconden de aanwezigheid van bepaalde chemicaliën (bij scheikundigen bekend als stik stof bevattende ringen) aan het licht te brengen. Men werkt hard aan een ge neeskundige toepassing van NMR-apparatuur, die de wer king van een geneesmiddel ter plaatse in het lichaam laat zien, wanneer een patiënt het toege diend krijgt. En Amerikaanse weten schappers proberen de NMR- techniek toe te passen in navi gatiesystemen van satellieten en rakettea Hoe, dat blijft nog geheim. Zoals vroeger Haarlemmer olie tegen alles leek te helpen, zo timmert NMR tegenwoordig aan de weg. Wat is NMR? De afkorting staat voor Nu clear Magnetic Resonance; de Nederlandse term is kernspin resonantie. Het is een diep gaande manier van 'kijken', met behulp van een krachtige magneet. Zo kan men de op bouw zien van de kleinste on derdelen van vloeistoffen en materialen: de moleculen. NMR is een jonge techniek, die zich voortdurend uitbreidt en nog ongekende mogelijkhe den biedt. De voor het publiek bekendste toepassing van NMR ligt in de geneeskunde. In ons land heb ben vier academische zieken huizen (Leiden, Amsterdam, Utrecht en Groningen) een NMR-apparaat. Over drie jaar zouden het er veertien moeten zijn, waaronder het Nijmeegse St. Radboudziekenhuis, zo ad viseerde eind vorig jaar een commissie aan de regering. Met zo'n NMR-apparaat spoort men onder meer ziekten van het zenuwstelsel en tumo ren op, zonder röntgenfoto's en zonder te snijden. Het brengt de waterstofatomen in een deel van het lichaam in kaart; door de sterkte van het magnetisch veld niet overal gelijk te laten zijn, kan men afbeeldingen maken van bijvoorbeeld een orgaan. Waterstofkernen zijn ook de troetelkinderen van biochemi sche onderzoekers, die met vloeistoffen werken. Een van hen is prof. dr. C.W. Hilbers, hoogleraar fysische chemie aan de Katholieke Universiteit Nij megen. In een levende cel zitten al lerlei moleculen: eiwitten, het DNA (drager van erfelijke eigenschappen) en RNA (bood schapper van erfelijke eigen schappen). Hilbers: „We willen het verband weten tussen de manier waarop die moleculen zijn opgebouwd, en him func tie. We willen begrijpen waarom sommige eiwitten werken als enzymen en andere niet, hoewel ze uit dezelfde bouwstenen bestaan." De vorm van eiwitmoleculen is heel belangrijk voor onder meer het ontwerpen van ge neesmiddelen. In de Verenigde Staten is men zeer actief in het ontwikkelen van pasklare mo leculen, die hun tegenvoeters onder de eiwitten herkennen aan hun vorm, en nauwkeurig een reactie aangaan met het werkzame deel van deze eiwit moleculen. Dit maakt de kans op bijwerkingen minimaal. Ook onze smaak en reuk heb ben te maken met de vorm van moleculen. De vorm en opbouw van mole culen leiden Hilbers en zijn medewerkers af uit plaatjes, die het NMR-apparaat en een sterke computer in nauwe sa menwerking produceren: een soort cardiogrammen, of Dali- achtige berglandschappen. „De signalen staan voor allerlei Prof. dr. ir. W. Veeman (links) en prof. dr. C. Hilbers bij de apparatuur rond de supermagneet voor NMR-onderzoek. Op de voorgrond het paneel waarachter een computer het grote NMR-rekenwerk doet. verschillende groepen die in zo'n eiwit zitten. We zien alleen de waterstofatomen, maar uit de plaats en de hoogte van de pieken kunnen we de plaats van de waterstof kernen en hun onderlinge afstanden thuis brengen. Zo vinden we manie ren waarop moleculen in elk aar gevouwen en gevlochten zitten. Het grappige is, dat die vouwingspatronen opvallend overeenkomen met de motie ven die de oude Grieken op hun aardewerk schilderden. Ter wijl ze toch geen bal van mole culen wisten." Bij zijn onderzoek maakt de NMR geen ruimtelijk plaatje zoals de geneeskundige afbeel dingen van organen; hij 'ziet' verschillende magnetische om gevingen. Daardoor kunnen de moleculen best in een oplossing in de reageerbuis krioelen, zon der dat het NMR-beeld veran dert. Hilbers: „Achter één piek zitten misschien wel een mil joen maal een miljard water stofkernen. Maar ze zitten alle maal op dezelfde plaats in het zelfde type molecuul." Hoe hoger de magneetvel den, des te beter zijn de pieken Figuur 1 Het elektron van het eenvoudigste atoom, waterstof, tolt om de kern, en de waterstofkern tolt weer om z'n eigen as. Daardoor gedragen de atomen zich als kleine magneetjes. Gewoon lijk staan hun veldrichtingen alle kanten op. Maar wanneer men ze in een magnetisch veld brengt, kunnen ze nog maar kiezen uit twee richtingen. 'uit elkaar te trekken'. „En je hebt minder materiaal nodig", zegt Hilbers; „een voordeel, want biomoleculen koop je niet bij de kruidenier op de hoek." Tenslotte verkort een hoog magneetveld de tijd die nodig is om te meten. De apparatuur is kostbaar: tijd is geld. Tot voor kort beschikte de Nij meegse universiteit over twee NMR-apparaten voor bioche misch onderzoek, waarvan een met een sterkte van 11,7 tesla. Sinds eind vorig jaar staat er een derde: een supergeleidende magneet met een veldsterkte van 14,3 tesla. Die komt neer op ongeveer honderdvijftigdui zend maal de sterkte van het aardmagnetisch veld, dat een kompasnaald richt. In z'n soort is het de sterkste ter wereld. Aan de faculteit der wis kunde en natuurwetenschap pen van de Katholieke Univer siteit is het SON-nationale cen trum voor NMR gevestigd. SON staat voor de stichting voor Scheikundig Onderzoek Nederland. Uit heel Nederland komen onderzoekers naar de Nijmeegse NMR-apparatuur, NMR of kernspinresonantie is een ingewikkelde techniek om achter de opbouw van moleculen in vloeistoffen en materialen te komen. Bij de metingen met behulp van NMR maakt men gebruik van het feit dat sommige atoomkernen zich gedragen als microscopische magneet jes. Ze draaien als tolletjes om hun as. Men zegt dan dat de deeltjes een 'spin' hebben. Gewoonlijk nemen de mag neetjes een willekeurige stand aan Maar wanneer men ze in een magneetveld plaatst, hebben ze nog maar de keuze uit twee standen: met het veld mee of tegen het veld in Elektromagnetische stra ling kan een atoomkern die met het veld mee staat, laten omspringen Door de energie van die straling krijgt de kern een zetje. Dat gaat overigens niet zo maar. De techniek vereist een precies afgemeten pak ketje energie. Iets te veel of iets te weinig, en er gebeurt niets. De energie van de stra ling hangt af van de golf lengte. 'De atoomkern reso neert bij een bepaalde fre quentie', heet het in de vak taal van natuurkundigen. Elke magnetische atoom soort geeft alleen antwoord op z'n eigen golflengte. Per atoomsoort kan die golf lengte ook nog eens verschil len. De precieze golflengte hangt af van de andere ato men in hetzelfde molecuul. Daar zitten namelijk ook weer magnetische kernen in, die het magnetisch veld iets versterken of verzwakken. Nu gaat het u duizelen. Met NMR zijn alleen atoomsoorten op te sporen die zijn opgebouwd uit een oneven aantal kerndeelljes. Bij atomen met een even aantal kerndeeltjes lukt het niet. Gelukkig hebben de 'even' atomen soms tweeling broertjes met een of drie deeltjes extra in hun kern. Ze heten isotopen. Koolstof bij voorbeeld -dat gewoonlijk bestaat uit een kern van zes protonen en zes neutronen- heeft een broertje met zeven neutronen Dit isotoop is wel magnetisch, maar maakt slechts één procent uit van koolstof dat in de natuur voorkomt. Wil de onder zoeker koolstofatomen me ten, dan wil hij zijn potje met koolstof nog wel eens aanlen gen met extra koolstof-13. Dat heet verrijken; iets der gelijke gebeurt onder meer bij uranium. Met NMR kan men per meting slechts één atoom soort in kaart brengen. In vloeistoffen neemt men hier voor het liefst waterstofato men; ook omdat hun kern het meest gevoelig is voor elek tromagnetische straling. Bij het vaste stofonderzoek is de waterstofkern geen geschikte graadmeter. Materiaalon derzoekers kijken meestal naar de kernen van silicium, aluminium, natrium en kool stof-13. Uit deze pieken en dalen leiden onderzoekers de precieze opbouw van ingewikkelde moleculen af, zoals hier van polyoxymethyleen. die dag en nacht en in het weekend werkt. Onderzoekers kunnen slapen in een caravan die op het universiteitsterrein staat. SON betaalde de kosten van de nieuwste NMR - ruim twee- en-een-half miljoen gulden. Het is de bedoeling dat ook het NMR-onderzoek aan vaste stoffen (materialen) een stevige duw krijgt. Ook bedrijven doen op dit terrein veel onderzoek; het Nederlandse universitaire vaste stof NMR-onderzoek is in Nijmegen geconcentreerd. Om welke toepassingen gaat het? Prof. dr. ir. W.S. Veeman, hoogleraar fysische chemie aan de Nijmeegse universiteit, noemt als voorbeeld polyme ren: lange, ketenvormige mole culen, met uiteenlopende toe passingen, tot de lak op beeld platen toe. „We kunnen met NMR bijvoorbeeld precies zien hoeveel resten van moleculen niet in die ketens zijn opgeno men. Dat is belangrijk om te weten, want die achterblijvers kunnen rampzalig zijn voor de kwaliteit. We willen ook meer weten over bewegingen in vaste stof. De beweeglijkheid van molecu len heeft namelijk veel te ma ken met de macroscopische eigenschappen van de stof. Vergelijk maar het brosse glas - opgebouwd uit starre molecu len- met rubber - beweeglijke moleculen. Als je glas zou ma ken met rubber balletjes erin, zou 't een stuk minder bros zijn. Veel bedrijven passen het omgekeerde principe toe: met sterke kunstvezels een slap materiaal verstevigen. En ten derde willen we we ten hoe katalysatoren werken. Dat is eigenlijk alleen via NMR te achterhalen." In het materialenonderzoek be schikt men tegenwoordig over uiterst gevoelige microscopen, waarmee men atoomroosters kan onderscheiden, en die de vorm van metaaloppervlakken op atoomschaal blootleggen. „Maar veel eigenschappen van materialen worden door de in wendige opbouw bepaald", zegt Veeman. „De kracht van NMR is, dat je de chemische onder delen van de moleculaire op bouw ziet. We hebben bijvoorbeeld met behulp van NMR ontdekt, dat ketenmoleculen in vaste stof fen soms een schroefbeweging maken. Dan gaan we op zoek naar geschikte materialen. Het omgekeerde gebeurt ook: we krijgen materiaal aangeboden. Zo gaan we voor DSM dakbe dekkingsmateriaal onder zoeken. Dat bestaat eigenlijk uit één groot macromolecuul, met harde en zachte gebieden." Volgens Veeman haalt NMR van alle technieken om stoffen tot in de kleinste detalis te ont leden, relatief het hoogste ren dement. „Maar NMR is duur, in aanschaf en personeel. Binnen kort werken zes mensen full time om de apparatuur up to date te houden voor de talrijke onderzoekers." Hilbers: „Maar vergeleken met hoge-energiefysica is NMR nog steeds peanuts." De NMR-techniek heeft een grote toekomst in het funda menteel en het toegepast on derzoek. „Misschien mag ik het niet zeggen", aldus Hilbers, „maar we kennen het hele ge bied nog niet eens, terwijl we toch al jaren NMR-onderzoek doen." Radioactieve straling is overal. Welke soorten stra ling zijn er, en wat zijn de ge volgen voor cellen en weefsels van het menselijk lichaam? Hierover schrijft het natuur wetenschappelijk jongeren tijdschrift Archimedes in z'n januarinummer. De fiets ver snelling, de zwevende trein, het slaapmiddel rohypnol en de vraag of petroleum uit het heelal komt, zijn andere on derwerpen (uitgave IVIO Le lystad) Economisch gezien is het aantrekkelijk om bedrijven, machines en wegen dag en nacht te benutten. Dit bete kent dat meer mensen in ploegendienst zouden moeten gaan werken. Maar biolo gisch gezien zitten hieraan nadelen. Onderzoek naar de biologische ritmen van de mens tonen aan, dat de werk prestaties 's nachts minder zijn, (bedrijfs)ongevallen toe nemen, en het aantal klach ten over maag-darmstoornis- sen en slaapproblemen stijgt. Het is geen kwestie van ge wenning, zo waarschuwt het januarinummer van het tijd schrift Psychologie (een uit gave van Swets Zeitlinger in Lisse). Cadmium behoort tot de zware metalen, en komt van nature in de aardbodem voor. Met de winning van metalen en de industriële toepassing van cadmium is de versprei ding begonnen, en daarmee ook de verontreiniging. Want cadmium is een giftige stof, die zich ophoopt in het li chaam, vooral in lever en nie ren. Aan cadmium heeft de redactie van Actuele Onder werpen deeltje 2200 in de AO- reeks gewijd; een uitgave van stichting IVIO in Lelystad. Wegrennen om een emmer water in de keuken te gaan tappen is het slechtste wat je kunt doen om een smeulend meubel in de huiskamer te blussen. Binnen enkele minu ten produceert het namelijk zoveel hitte en hete gassen dat de hele kamer in lichter laaie staat. Bovendien raakt de zuurstof zeer snel op, en vullen giftige gassen de ka mer. Dat zijn de resultaten van een Brits onderzoek, waar over de NewScientist van 21 januari bericht. Aanleiding is de vraag, waarom bij de grote brand in Londen van 1 geen dodelijke slachtoffers vielen, terwijl een brand op een tribune in Bradford in 1985 56 levens kostte. In het materiaal van nieuwe stoelen en banken ligt een groot c van het antwoord Het natuurwetenschappe lijk maandblad Natuur en Techniek van januari geeft een overzicht van de naar stige zoektocht naar genees middelen tegen AIDS. Veel effectiefs is er nog niet te melden, noch wat vaccins ter voorkoming van de ziekte, noch wat geneesmiddelen ter bestrijding van de ziekte be treft. Met behulp van de Scan ning Tunneling Microscoop, die de atoomopbouw van ma terialen en vloeistoffen aan de oppervlakte zichtbaar maakt, is het ook mogelijk in dividuele moleculen beet te pakken en een plaats te geven in een chemische verbinding. Dat melden onderzoekers van het IBM-researchlaborato- rium in San Jose, Californië, in het Nature-nummer van 28 januari. Zij hebben de naald, waarmee de microscoop nor maal via piepkleine stroom stoot] es oppervlakken aftast, in een oplossing gedoopt, een molecuul opgevist en vastge maakt aan een grafietplaatje. Ook speelden zij het klaar met diezelfde naald een vast gepind molecuul in tweeën te klieven. Door Laur Crouzen Atomen zijn natuurlijk geen balletjes en chemische bin dingen kunnen nauwelijks wetenschappelijk verantwoord met stokjes worden weergegeven. Het heelal past niet op de binnenkant van een eierschaal,al is die bijna 900 vierkante meter groot. En een kartonnen brilletje op je neus met links een rood stukje plastic en rechts een blauw. Voor dat soort gedachten is nauwelijks nog plaats, wan neer aan het eind van "Het heelal, onze oerbron" de toe schouwer letterlijk de atomen, moleculen en kristallen om de oren vliegea Het Omnimax- principe van de 'omhullende' film geeft bij deze nieuwe pro- duktie in het Haagse Omniver- sum-theater al een speciaal ef fect. Maar de versterking van filmprojectie op een koepel met de drie-dimensionale techniek in twee kleuren, maakt de illu sie compleet. De nep van het rondzweven in de kern van de zon, midden tussen de water- stofbolletles die helium-kernen vermen via kernfusie, jet zien bevriezen van waterballetjes en pinnetjes tot ijskristallen met duizelingwekkende door kijkjes. Dat gebeurt allemaal zo dicht bij, dat toeschouwers de nei ging hebben om weg te duiken voor de rondtollende deeltjes en dmen via kernfusie, jet zien bevriezen van waterballetjes en pinnetjes tot ijskristallen met duizelingwekkende door kijkjes. Dat gebeurt allemaal zo dichtbij, dat toeschouwers de neiging hebben om weg te duiken voor de rondtollende deeltjes en dmen via kernfusie, jet zien bevriezen van water- balletjes en pinnetjes tot ijs kristallen met duizelingwek kende doorkijkjes. Dat gebeurt allemaal zo dichtbij, dat toe schouwers de neiging hebben om weg te duiken voor de rondtollende deeltjes en de mo leculen van zich af proberen te slaan. Zijn deze sensaties wer- kelijknodig om zoveel mogelijk mensen de basisprincipes van de wetenschap onder de muts te proppen en ze het idee te ge ven dat wetenschappelijk werk echt 'fun' is? De makers van de eerste 3- D-film met koepelprojectie, die in Nederlandvertoond wordt, beantwoorden die vraag hart grondig met 'ja'. 'We are born of stars' alias 'We zijn van ster renstof gemaakt', een filmpro- dukt, dat in 1985 op de wereld tentoonstelling in Japan het publiek deed gillen en sinds 26 januari in het Omniversum te zien is, is het slot van het nieuwe planetarium-pro gramma van een uur. En in dat laatste kwartier gaan de be denkers niet voor kernfusie op zij, ook niet voor kristallisatie en celdeling en zelfs niet voor de opbouw vanzoiets gecompli ceerds als het DNA-molecuul. In het eerste plantarium-deel van de voorstelling wordt heel rustig de relativiteitstheorie van Albert Einstein in het don ker de zaal ingeslingerd. En wel op het moment, dat de ruimtereiziger in zijn stoel aanbeland is na triljoenen en triljoenen kilometers bij een zwart gat, dat het denkbeeldige ruimteschip opslokt met slur pende geluiden. Wel niemand zal denken: is dat nou alles? Die moeilijke relativiteitstheo rie, want daarvoor gaat de reis te snel. De trechterwanden van het zwarte gat flitsen voorbij en een hele nieuwe wereld vol vraagtekens wacht. En dan gaat de réis weer even duize lingwekkend retour. 'Het heelal, onze oerbron' is een speciaal door Omniver- sums astronoom dr. Willem Bijleveld ontwikkelde ruimte- reisnaar de randen van ons heelal met stappen, die telkens een tiende macht toevoegen aan de al afgelegde afstand Het idee is niet nieuw, maar geeft op een enorm scherm ge projecteerd toch een heel an dere indruk dan een foto in een boek. Langzaam verdwijnt de aarde, het zonnestelsel, de melkweg en wat al niet meer in de donkere ruimte en op de reis laat een batterij van 23 projec toren de laatst nieuwe hoog standjes zien: de pulsars als de vuurtorensterren van de ruim te, een ontploffende supernova met knal-effect, een dubbelster en een panorama vanaf aan van de manen van de planeet Jupiter. Elke molecuul van onze omge ving en van onszelf heeft ooit tussen de sterren in de ijskoude ruimte gezweefd. Dat is de boodschap, die met dertig spe ciale effecten wordt overge bracht. Op een steenworp van het Omniversum in de Haagse Zeestraat hangt al meer dan 100 jaar het Panorama van Mesdag. Een pas begonnen res tauratie moet dara zeker nog eens honderd jaar aan toevoe gen Rond 1880 was het Pano rama van zeeschilder Hendrik Willem Mesdag een even grote sensatie als de knallen, flitsen en driedimensionale doorkijk jes van vandaag. 120 meter geschilderd uit zicht op Scheveningen en de Noordzee vanaf het Seinpost duin in de rondte moet het al evenzeer van illusie hebben als het hypermoderne planeta rium. En ondanks dat is het heerlijk uitblazenvan een adembenemende sterrentocht bij een antieke attractie van groteallure. Want je kunt te nauwelijks voorstellen, dat er van opwinding sprake is ge weest in dit stillevende Omni- max-theater van de vorige eeuw. Van welke effecten zui len we over honderd jaar zitten uit te blazen in het Omniver sum? Ma Volgens de statistieken Brabandertjes bij, die oi| verjaardag vieren. Wie beweert vandaag kwijt of een leugenaar. De schrikkeldag blijkt r maar vrouwen kunnen1 ten op weg naar hun zi een oud gebruik hun ge vragen. In veel landen n daar is weinig meer van Schrikkeldag: een schets Door Wim Kuipers N Dertig Of dear uitge want di schrik 1 Zo leerde mijn moeder taq jaar geleden hoeveel dage maanden hebben. Het is ook niet eenvoi vooral door die rare febr En dan: het had zo gemakkS gekimd: zeven maanden ve dagen en vijf van 31, samen' Kun je altijd nog kijken 1 dertiger eens in de vier jaa schrikkeldag krijgt. Of eerj cember van 32: gezellig lange feestmaand. Zo had het gekund. Maa man die ons de schrikke bezorgd heeft, Julius Cadj vond dat de naar hem noemde maand-juli-31 d<' moest hebben. Bijgeloof: oneven getal bracht gelu hup, hij pakte er eentje vail bruari weg. Die maand was toch ron lig. Een eeuw vóór Caesar - het nog de laatste maandq maar: september was spronkelijk de zevende ma| (Frans sept is zeven), okti (octaaf) de achtste. Febr wisselde toen sterk lengte, al naar gelang astj nomen nieuwe bereken gen maakten van het zon jaar. Luttele jaren na de mo op Caesar besteeg kei Augustus de troon, waande zich zeker zo ma tig als Caesar. Dus moest ook een eigen maand h ben, augustus, en die kon met niet minder doen dan NEW YORK (RTR) - bekend gezicht van het 1 visiejournaal in de V enigde Staten wordt tot een wolkenkrabber in Mq hattan gevolgd door onbekenden die hem ondervragen en in elk slaan wanneer hij een a woord geeft dat niet wc verwacht. Popzangeres Olivia Ne- John wordt achtervolgd een 'bewonderaar' die haar als een muze die uit de hemi afgedaald. Bij de bewondei thuis vindt de politie een met 83 namen van mensen ter dood zijn veroordeeld. Ni ton-John is er een van. De wordt later aangehouden verdenking van massami onder meer op vijf mensei de lijst. John Hinckley jr. schiet president Reagan omdat zegt hij, indruk wil make: de filmactrice Jodie Foster, wie hij wég is. Mark David Chapman hi John Lennon in het oog oi hij hem een van de grootste mediespelers van de wei vindt (tie niets meent van songs over honger en vrede, schiet Lennon dood en zei een zojuist gepubliceerd ban van de politie: „De Beatles i anderden de wereld, en ik v anderde hen". Chapman is een van de r dadigers die de politie 'c brity stalkers' noemt; men die beroemdheden belagen daarbij niét op een handte ning uit zijn. In een rapport het Amerikaanse minist van justitie binnenkort zal bliceren, staat dat het type nieuw soort moordenaar is:

Krantenbank Zeeland

de Stem | 1988 | | pagina 40