Gert Desmet raakte verliefd op de chromatografie. Sinds zijn studie vertoeft de hoogleraar aan de Vrij Universiteit Brussel, waar hij leerde dingen met een twist te bekijken. Dat leverde al diverse nieuwe chromatografische concepten op. ‘Ik ben een rusteloze geest die het nodig heeft steeds nieuwe dingen te beheersen.’

‘Een fantastische scheidingsmethode’, zo typeert chemisch technoloog Gert Desmet de chromatografie. C2W spreekt de Vlaamse hoogleraar op zijn werkkamer van de Vrije Universiteit Brussel (VUB) aan de rand van de hoofdstad, de universiteit waar hij al sinds zijn studie verblijft. Daar leidt Desmet het departement chemical engineering.

Dit departement heeft van oudsher een stevige voet in de modellering en dat past uitstekend bij ingenieur Desmet. ‘Ik reken liever eerst zaken door voordat ik er experimenteel mee aan de slag ga. Sommige ingenieurs zijn niet zo handig in het lab, en ik vrees dat ik een van hen ben.’ Gelukkig kan hij rekenen op een grote schare medewerkers die de experimentele kant voor hun rekening nemen. Dit alles met het oog op het ontwikkelen en bouwen van steeds betere chromatografische systemen – en dan voornamelijk vloeistofchromatografie.

En met succes: zo riep het, in de analytische wereld goed gelezen, tijdschrift the Analytical Scientist hem vorig jaar uit tot lid van de top twintig van meest invloedrijke analytische wetenschappers wereldwijd. En sinds dat jaar werkt hij ook als associate editor voor Analytical Chemistry: ‘Daarmee krijg ik een eerste kijk op al die nieuwe ontwikkelingen. Een mooie baan. Net als mijn job bij de VUB, waar ik het geluk heb met zeer getalenteerde doctoraatsstudenten te kunnen werken. En waar ik met Sebastiaan Eeltink, Wim De Malsche en Ken Broeckhoven een team met een geweldige kritische massa en slagkracht heb kunnen uitbouwen.’

 

‘De chromatografie is er klaar voor, de detectie nog niet’

Het was overigens geen liefde op het eerste gezicht tussen Desmet en chromatografie. Tijdens zijn doctoraat werkte iedereen op het lab met deze scheidingstechniek behalve hij. Daarover vertelt hij ons zo meteen meer. Want van Desmet hoef je geen ‘mooi geordende gedachtes’ te verwachten. De goedlachse hoogleraar is gewend om zijsprongetjes te maken om daarna weer terug te keren naar waar hij afsloeg.

‘Analytische chemie is een ondergeschoven kindje’, zegt hij gedecideerd. De naam van dit vakgebied is volgens hem verdwenen in de smeltkroes van disciplines. En daar komt bij dat de credits gaan naar diegenen die de biologische vraagstukken oplossen en niet naar degenen die de metingen uitvoeren of zelfs allereerst naar diegenen die daarvoor de methodes ontwikkelen. ‘Terwijl er een grote rol is weggelegd voor de analytische chemie in het verder ontrafelen van life sciences-vraagstukken.’

Maar er is hoop: ‘Vorig jaar hebben zowel ik als Peter Schoenmakers (UvA, red.) een Advanced ERC grant ontvangen. Dit plaatst de chromatografie terug op een zeer prestigieus lijstje van Europese onderzoeksprojecten. Eigenlijk zouden we deze gelegenheid moeten aangrijpen om publiciteit te maken voor ons vak, om de analytische chemie definitief terug op de kaart te zetten.’

 

Vertel eens hoe een promovendus die werkt aan fermentatietechnologie verzeild raakt in de chromatografie.

‘Voor mijn masterthesis werkte ik aan een typische ingenieursproef: de menging in reactoren. Onder het toenmalige hoofd, en dus mijn voorganger, Gino Baron heerste veel vrijheid. Er hing in het lab een gekke uitvinderssfeer. Wij waren gewend om alternatieve uitvoeringsvormen te bedenken voor klassieke opstellingen, zoals een horizontale in plaats van verticale destillatie­kolom. Ikzelf werkte aan een reactor die enkel over een cilinder beschikte die ronddraaide voor de menging. Die tactiek leverde minder mechanische stress op voor mijn gistcellen.

Tijdens mijn promotie probeerde ik dit type reactor op te schalen, maar dat lukte niet. Het leverde enkel een log en duur apparaat op. Toen ben ik maar eens beter om me heen gaan kijken: iedereen in het lab werkte met chromatografie. Ik ben me gaan verdiepen in de theorie en kwam er zodoende achter dat druk een van de beperkende factoren in de chromatografie is. En het was juist mijn cilinder die vloeistof zonder druk in beweging bracht. In mijn cilinder zag ik dus een oplossing voor dat chromatografieprobleem.’

Je legde hiermee de basis voor de shear driven chromatography, een techniek waarmee je je naam op de wetenschappelijke kaart zette.

‘De beste ideeën krijg ik als ik ergens anders mee bezig ben en volledig ontspannen ben, bijvoorbeeld tijdens het douchen. Dit idee kreeg ik overigens tijdens een bezoek aan de Ikea met mijn dochter. Ik realiseerde me dat je het geheel niet in rondjes hoeft te laten draaien, maar het ook kan openbreken, waarbij je één wand beweegt en de andere stilhoudt. Op die manier kun je vloeistof, zonder druk, op zeer hoge snelheid verplaatsen. En aangezien ik ingenieur ben, breek ik graag records: doordat er helemaal geen druk meer nodig was om hoge vloeistof­snel­heden te realiseren, konden we de afstand tussen de twee platen zo klein als 100 nm maken. Dit liet toe chromatografische scheidingen te doen in een tijdspanne van minder dan een tiende van een seconde. Dat heeft ons best wat roem opgeleverd.’

 

En dus ging je downscalen, feitelijk het tegenovergestelde van het vooropgezette plan tijdens je promotie…

‘Inderdaad. In dit geval gold hoe kleiner je het maakt, hoe beter het werkt. Om dergelijke opstellingen te kunnen maken, raakte ik al snel bekend met de micro- en zelfs nanotechnologie en microfluïdica. Dat was rond 1998. Met shear driven chromatography kun je veel snellere en fijnere scheidingen bewerkstelligen.’

 

Maar er was iets dat je over het hoofd zag. Je raakt op die schaal al snel de detectielimiet…

‘De publicaties uit die tijd, de jaren tachtig en negentig toen iedereen nog vol lof was over miniaturisatie, lieten je niet vermoeden dat detectie een probleem zou vormen. Ook ik beredeneerde, enigszins naïef, dat uv-detectie wel zou werken aangezien de concentratie gelijk blijft. De detectie is tenslotte alleen afhankelijk van de concentratie. Maar op die schaal draait het om zulke kleine volumes dat je al snel aan de limiet zit.

Eerlijk gezegd ben ik er nog lang in blijven geloven. In de jaren negentig was er ook veel te doen over single molecule detection, dat je maar één molecuul nodig had om te kunnen detecteren. Maar dat bleek ook een zeer veeleisende methode. Het ging om enorme eiwitten vol met fluorofoorgroepen die ze gedurende een half uur maten om dan de signalen te sommeren. Zo werkt chromatografie niet.’

 

Moeten we dan weer gaan opschalen?

‘Nee. In de life sciences is miniaturisatie de logische route. We kunnen zelfs niet meer terug, we willen juist kunnen meten aan, bijvoorbeeld, enkele cellen. De scheidingsmethodes zijn er al klaar voor, de detectie zal moeten volgen. Tot die tijd zullen we moeten inbinden op de analysesnelheid.

 

‘Ideaal zou zijn om partikels een voor een bij hun nekvel te kunnen grijpen’

Vanuit chromatografisch oogpunt is dit om een andere reden een interessante vraag. Hoe goed een scheiding is, hangt af van de geometrie van de kolom, want de minste wanorde leidt al tot uitsmering. De orde die je wilt bereiken, vraagt om nieuwe technologie die vooralsnog enkel op micro- en nanoschaal beschikbaar is. Als je in staat bent die kwaliteit op te schalen, dan is het hek van de dam.’

 

In 2010 richtte de spin-off Pharmafluidics op. Een specifieke geometrie van op microschaal gefabriceerde pillar array columns moet een efficiënte scheidingskolom opleveren voor het farma- en proteomicsveld (zie ook C2W life sciences 21 2013). Hoe staat het met de vorderingen?

‘Wel, dat groeit. Vanaf deze zomer zullen we zes mensen voltijds in dienst hebben. En al is er nog geen commercieel product, we zijn er bijna. We beheersen de kunst van pilaartjes etsen, deze geometrie legt de basis voor de efficiëntie van onze kolommen. De bottleneck zit nu nog in de juiste coating op de pilaren aanbrengen. Aangezien het een geheel nieuwe aanpak is, moeten we onszelf ook deze stap leren, dat kost tijd.’

 

In het kader van je ERC-grant wil je van 2D naar 3D toe gaan werken.

‘Het doel om perfect geordende 3D-chromatografiepakkingen te maken. Het ideale plaatje is dat je partikels een voor een bij hun nekvel kunt grijpen en op die manier precies kunt neerleggen waar je ze wilt hebben. Ingenieurs hebben nou eenmaal graag controle, en bij chromatografie is een perfecte ordening gewoonweg van het grootste belang. Maar we hebben het dan wel over deeltjes van een paar micrometer groot, eigenlijk is het heel fijn poeder waar je mee werkt. Dus dat wordt nog een hele uitdaging. We zullen dan ook eerst weer op kleine schaal gaan werken, met kolommen van 100 µm hoog en 20 µm breed. Dan gaat het dus wederom om heel kleine monstervolumes. Tegelijkertijd: dat is waar de grootste vragen liggen. Voor mij liggen de meest interessante wetenschappelijke vraagstukken in de biologie.’

 

Je vertelde net iets over twee nieuwe concepten die de chromatografie een flinke impuls kunnen gaan geven.

‘Als vanuit het niets doken ze op. Rond 2007 herintroduceerde een fabrikant zogenoemde core shell particles. De chromatografietheorie had maar een stukje van het effect weten te voorspellen. In werkelijkheid bleken de deeltjes kolommen 30 % efficiënter te maken. Dat geeft ook aan dat de theorie nog niet af is. Vorig jaar kwam daar nog eens eenzelfde winst bovenop: die behaal je door de poriën in de partikels niet random aan te brengen, maar radiaal georiënteerd. We controleerden dit zelf recent via modellering en het effect is reëel. En nu gebeurt dit nog op een wanordelijke manier. Wat als je daarin orde kunt aanbrengen?’

 

Het veld is volop in ontwikkeling en wetenschappers maken daar melding van in peer reviewed -tijdschriften. The Analytical Scientist is wat dat betreft een vreemde eend in de bijt. Wat is de toegevoegde waarde van die uitgave?

‘Hierin kun je als wetenschapper je gedachten vrijer de loop laten dan in de puur wetenschappelijke, peer reviewed, tijdschriften. Daarmee biedt het ruimte voor conflicterende meningen en een bredere schets van het veld; het draait niet enkel om de techniek. Het is belangrijk om met elkaar in debat te blijven, zeker over de toekomst, en de geschreven vorm maakt dat mijn inziens voldragender.’

 

Welke rol is er weggelegd voor de chromatografie in de toekomst?

‘Als je dingen kunt meten, willen mensen dat dat ook gebeurt. Of het nu gaat om het milieu, de drinkwaterkwaliteit, de voeding die we tot ons nemen of onze gezondheid in haar totaliteit. We gaan er als maatschappij naartoe dat we zelf onze gezondheid gaan monitoren. In al die metingen speelt chromatografie een essentiële rol. Dus het belang zal niet verminderen, alleen maar vermeerderen.’