Geïntegreerde fotonica maakt de zorg toegankelijker en goedkoper

By Adrie Boxmeer

Sneller, lichter, duurzamer en onder aan de streep uiteindelijk ook goedkoper: de voordelen van fotonische circuits zijn aanzienlijk, voor een breed scala aan toepassingen. En Nederland speelt mondiaal een belangrijke rol in de ontwikkeling en toepassing van deze sleuteltechnologie. De afgelopen jaren is onder aanvoering van PhotonDelta een stevig fundament gelegd onder het Nederlandse geïntegreerde fotonica ecosysteem. Eén van de belangrijke toepassingsgebieden van deze sleuteltechnologie vinden we in de gezondheidszorg. Lees hier de andere delen van de serie.      

Goede gezondheid is essentieel voor de mens. De afgelopen jaren zijn we erg vooruitgegaan op het gebied van innovatieve oplossingen in de zorg. Eén van de technologieën die daarbij ook de komende jaren doorslaggevend zullen zijn is geïntegreerde fotonica. Deze technologie maakt gebruik van lichtdeeltjes (fotonen) voor het verwerken en verzenden van informatie. Data verzenden en ontvangen met hulp van fotonen zorgt voor zuinigere, betere en snellere apparatuur. 

De belofte is dat fotonica de gezondheidszorg toegankelijker en goedkoper maakt. Toegankelijker, omdat patiënten voor niet acute onderzoek niet meer naar het ziekenhuis hoeven, maar het onderzoek zelf thuis kunnen doen. Fotonica maakt het bijvoorbeeld mogelijk om te lassen en te snijden met een laserstraal, maar ook bij het meten van de bloedsaturatie, het scannen van een verdachte moedervlek of het maken van een hartfilmpje kan fotonica te hulp schieten. Los daarvan is het gewoon ook goedkoper voor de samenleving om ziektes vroegtijdig te detecteren en te voorkomen.

Verschillende Nederlandse start-ups hebben die kansen heel goed in beeld. Ze bouwen bijvoorbeeld aan een optische biosensor, een platform waarop sensoren kunnen worden gebruikt. Fotonische chips moeten daarbij het verschil maken. PICs integreren verschillende fotonische en vaak elektronische functies in een microchip om kleinere, snellere en energiezuinigere apparaten te maken waar de gezondheidszorg zijn voordeel mee kan doen.

Maarten Buijs, CEO van Surfix Diagnostics, maakt een fotonische biosensor voor onder andere de vroege detectie van blaaskanker in urine. “Wij waren een research- en ontwikkelbedrijf en positioneren ons nu als bedrijf dat biosensoren naar de markt brengt. Ons bedrijf zou zonder geïntegreerde fotonica niet bestaan. We brengen heel gericht bioreceptoren op de lichtgeleider van optische chips aan. Bioreceptoren die kanker detecteren.”

Surfix Diagnostics is in volle ontwikkeling om het product op de markt te brengen. “Over een aantal jaren moet het zo ver zijn. Voor patiënten wordt het dan makkelijker. Met een druppel urine op de sensor heeft de patiënt binnen een uur een uitslag. Iemand hoeft niet meer naar het ziekenhuis, de huisarts kan al uitsluitsel geven. Ook kun je het verloop van de ziekte beter volgen en de behandeling nauwkeuriger hierop afstemmen. Fotonica maakt point-of-care-zorg mogelijk: aan het bed van de patiënt, in een ziekenhuis, in een ziekenauto, bij de huisarts of zelfs bij de patiënt thuis. Je kunt het snel doen, het is kosteneffectief.” 

Buijs ziet grote mogelijkheden voor geïntegreerde fotonica: “Het productieproces van fotonische chips is afgeleid van dat van de halfgeleider industrie. Nederland is erg sterk in beide domeinen door haar unieke kennispositie. De verdere miniaturisatie van chips zorgt ervoor dat iedere plak of wafer – de productie-eenheid – steeds meer chips kan voortbrengen. Dit maakt ze vele malen goedkoper en vergroot daarmee de toepassingsmogelijkheden.” 

Protonen

Ook TNO ontwikkelt biosensoren voor de zorg. Peter Harmsma is daar al jaren bij betrokken. Tegenwoordig is hij ook deeltijdmanager productontwikkeling bij Delta Diagnostics, een start-up die uit TNO is voorgekomen. “We maken bij TNO een toepassing voor de bestraling van kanker door protonen. Hierbij wil je zeker weten dat de protonen alleen de tumor aantasten en niet het gezonde weefsel eromheen. Bij de bestraling ontstaat een akoestisch schokgolfje dat je met een fotonische sensor kunt detecteren. Hierdoor kun je nauwkeuriger bepalen of een bestraling effectief is en dus gerichter en minder bestralen.”

Harmsma had met zijn collega-onderzoekers behoorlijk wat uitdagingen voor optische biosensoren. “De fiber op de chip moet op een micrometer nauwkeurig worden aangebracht, omdat het licht precies op de juiste plek terecht moet komen. Dat maakt het heel erg duur en daarmee zou point-of-care buiten bereik zijn. Daarom hebben wij ons onderzoeksdoel tussentijds aangepast. We zijn niet alleen bezig met de ontwikkeling van de optische chip zelf, maar werken vooral aan een apparaat waar je die chips in kunt plaatsen en snel de uitslag kunt aflezen. Om deze toepassing verder te ontwikkelen, is Delta Diagnostics opgericht. Het apparaat heeft nu nog de omvang van een schoenendoos, voor life-science applicaties. Doel is van die schoenendoos uiteindelijk een lucifersdoosje maken voor Point-Of-Care. Voordat die toepassing er voor commercieel gebruik is, zijn we zeker tien jaar verder.”

Hemofilie

Bij Enzyre in Nijmegen maken ze een apparaat dat de stollingsfactor VIII in het bloed onderzoekt. Directeur Waander van Heerde was 17 jaar hoofd van het speciale stollingslab van het Radboudumc. In 2016 richtte hij samen met Guido Maertens Enzyre op. Naast zijn werk voor Enzyre werkt hij nog steeds twee dagen per week in het Radboudumc. “Onze platformtechnologie zal als eerste ingezet worden voor  hemofiliepatiënten. Deze mensen hebben in hun bloed een tekort aan factor VIII waardoor ze een grote kans hebben op bloedingen. Dat kun je heel goed behandelen via injecties waarmee patiënten zelf die hoeveelheid FVIII op het juiste niveau brengen. Met ons apparaat kan de patiënt thuis meten hoe groot dat tekort aan Factor VIII is. Met een aanvullende injectie kan die patiënt het dan zelf snel aanpassen, waardoor de bloeding stopt.”

De toepassing van Enzyre werkt door het aantal fotonen in het bloed te meten. Dat doen ze tot nu via een sensor die functioneert op klassieke chips. Van Heerde: “In de toekomst kun je dat ook doen met fotonische sensoren, waardoor het goedkoper en sneller wordt. Dan hebben we ook minder bloed nodig voor onderzoek.” Van Heerde voorziet een grote toekomst voor fotonica in de medische sector. “De zorg moet goedkoper worden. Dat kan met geïntegreerde fotonica, omdat optische chips sneller zijn, minder energie gebruiken en het hierdoor efficiënter wordt. Door fotonica is het laboratorium niet meer in het ziekenhuis, maar brengen we het bij de patiënt in de huiskamer.”