Medische technologie essentieel voor verdere verkenning van de ruimte

Al sinds mensenheugenis dromen we over het verkennen van de grenzen van het heelal. Hoever we daarin kunnen gaan is onlosmakelijk verbonden aan de beschikbaarheid van kennis en middelen. Vijftig jaar geleden stonden we op de maan. Het internationaal ruimtestation ISS functioneert al meer dan twintig jaar en is sinds 2000 permanent bewoond. Gesteund door een reeks publieke en private initiatieven ontstaat nu een derde impuls om mensen verder en langer in de ruimte te laten verblijven. Met scenario’s voor een aanwezigheid op het maanoppervlak en het gebruik van de maanorbit als springplank naar verdere bestemmingen zoals Mars.

Om ruimtereizigers de ontberingen van de lange reizen en het leven op andere planeten te laten doorstaan, is een betrouwbaar medisch ondersteuningssysteem van cruciaal belang. Draagbare oplossingen en meer autonome en gepersonaliseerde geneeskunde zijn nodig om medische hulp en besluitvorming los te koppelen van ondersteuning vanop aarde. En dit voor het hele spectrum van medische apparatuur, farmaceutica en diagnostiek. Inzetbaarheid in de ruimte vereist materialen met een minimaal volume en massa en apparaten die zo weinig mogelijk stroom verbruiken. Nano-elektronica speelt daarin een sleutelrol, omdat de geminiaturiseerde chips en andere onderdelen bepalend zijn voor de omvang en de prestaties van het uiteindelijke systeem.

Als toonaangevend onderzoekscentrum in nano-elektronica en digitale technologie is imec uitstekend geplaatst om hierin een voortrekkersrol te spelen. Het startte dan ook recent een “Space Health” onderzoeksgroep als onderdeel van imec USA (Kissimmee, Florida).

In oktober 2019 ontving imec USA financiering van NASA om technologie te testen voor het opvolgen van de gezondheid van astronauten in omgevingen zonder zwaartekracht. Meer bepaald gaat het om de vooruitstrevende diagnostische technologie van imec spin-off miDiagnostics. De startup werkt aan een nieuwe generatie lab-on-chip tests die slechts enkele druppels bloed nodig hebben voor de detectie van cellen, eiwitten, nucleïnezuren (DNA) en/of kleine moleculen. miDiagnostics maakt daarvoor gebruik van een silicium-gebaseerde nanofluidics processor. Die kan een reeks manipulaties uitvoeren op een bloedstaal om snel tot een telling te komen van bijvoorbeeld bloedcellen. De technologie maakt daarbij geen gebruik van pompen of kleppen. Ook heeft het geen nood aan complexe en dure instrumenten om medische beslissingen te onderbouwen. De testkaart dient voor eenmalig gebruik en heeft de grootte van een bankkaart. Dit alles maakt het geschikt voor toepassing op afgelegen locaties, zowel op aarde als in de ruimte. Imec zal experimenten ontwerpen en uitvoeren om de werking van deze technologie in verschillende zwaartekrachtcondities te testen. Op die manier ontstaat een kruisbestuiving tussen onderzoek voor ruimtevaart en een meerwaarde voor de toepassingen op aarde.

In eerste instantie zullen testen uitgevoerd worden tijdens een parabolische vlucht; waarin momenten van gewichtloosheid optreden en momenten met hoge g-krachten. De testchip maakt gebruik van capillaire krachten (= de beweging van vloeistof in een smalle buis) om het bloed op te vangen en als teststaal op de chip te verplaatsen. Bedoeling is om te verifiëren dat de processor in alle zwaartekracht-omstandigheden correct blijft werken.

Deze technologie-demonstratie, mogelijk gemaakt door het Flight Opportunities programma van NASA, zal bijdragen aan de technologische behoeftes voor verdere verkenning van het heelal. Zowel in een baan om de aarde of de maan als op meer afgelegen planeten. In een tijdperk waarin de ruimtevaart kennis en technologie ontwikkelt voor de komende decennia, zal nano-elektronica niet alleen voor medische toepassingen, maar ook in andere domeinen een belangrijke meerwaarde bieden.