De Nobelprijs voor Scheikunde zit nog vers in ieders geheugen, vooral natuurlijk bij de onderzoekers die metal-organic frameworks (MOF’s) bestuderen. ‘Ik moet zeggen dat we er vorig jaar eigenlijk al op zaten te wachten’, zegt Margot Verstreken, postdoc in de groep van MOF-onderzoeker Rob Ameloot aan de KU Leuven. ‘Toen was het helaas niet het geval, maar daarom zijn we nu extra blij dat het wel gelukt is.’

Volgens Verstreken is de kans groot dat de Nobelprijs de boost gaat geven die de materialen nodig hebben. ‘Het is voor ons een super goede timing omdat we net een paar onderzoeksprojecten naar de markt willen brengen.’ Ze lacht als ze opmerkt dat de groep de technische term ‘MOF’ eerst vermeed – ‘we hadden het over sponsachtige materialen’ – maar dat het gebruik nu juist wél zou helpen. ‘Er zijn niet veel MOF-groepen in België, dus er zijn al best wat mensen op ons afgestapt. Zo is de Vlaamse openbare omroep al komen filmen op ons lab.’

Flitspaal

Geheel toevallig hebben Verstreken, Ameloot en collega’s de week voor de Nobelprijsuitreiking een paper gepubliceerd over hoe je met MOF’s een sensor kunt maken die volatile organic compounds op kinetische wijze kan onderscheiden. ‘We gebruiken zelf de vergelijking met een flitspaal’, legt Verstreken uit. ‘We meten namelijk hoe snel gasmoleculen bewegen door de nanoporiestructuur van onze MOF-materialen.’

Omdat MOF’s uit meerdere componenten bestaan, kun je het pad dat een molecule af moet leggen aanpassen door chemische functionaliteit toe te voegen. ‘Het is daardoor dirigeerbaar en geeft selectiviteit bij gas sensing’, vervolgt Verstreken. ‘Elke molecule ziet er anders uit en heeft dus een eigen snelheid. Het staat ons toe dat we op een fijnere schaal kunnen detecteren.’

Het werkt als volgt: je brengt het MOF-materiaal in evenwicht met een mengsel aan gassen die bij kamertemperatuur adsorberen. Verhoog je dan in een korte tijd de temperatuur een tiental graden, dan ontstaat een ander evenwicht, waarbij de moleculen door het rooster naar buiten worden geduwd. Je volgt dan met een sensor de afname van die moleculen en detecteert welke er wanneer uit is gekomen. Omdat je het materiaal helemaal naar je eigen hand kunt zetten en je puur naar de beweging kijkt, kun je allerlei gassen op deze manier bestuderen. En ook de sensorarchitectuur is te variëren.

Water-interferentie

Nu zijn er wel honderdduizend verschillende MOF-structuren bekend, dus hoe kies je dan de juiste? ‘Dat was deels afhankelijk van de gassen die we wilden meten’, zegt Verstreken. ‘Voor ons was het belangrijk om de MOF ook als dunne film in de sensor te kunnen verwerken. We kozen voor de bekende MOF ZIF-8 en lieten zien dat je alcoholen, alkanen en ketonen goed kunt onderscheiden, bijvoorbeeld propanol en butanol.’

Een probleem waar veel MOF-toepassingen mee te maken krijgen is water dat interfereert en vaak een duizend keer hogere concentratie heeft dan de moleculen die je eigenlijk wilt bestuderen. Maar Verstreken en collega’s hebben dat probleem niet met hun sensor. ‘Door de MOF goed te ontwerpen kan water heel snel door de poriën bewegen’, legt ze uit. ‘Bij de temperatuursprong in onze sensor is al het water al verdwenen voordat de doeltemperatuur wordt bereikt. Er is voor ons dus geen verschil tussen droge en high humidity condities.’

Luxeprobleem

De sensor (zie openingsfoto) presteert al beter dan een tiendelige commerciële sensor. Maar is er al een duidelijk pad richting de praktijk voor deze nieuwe technologie? ‘Dat is de vraag die we onszelf nu stellen’, vervolgt Verstreken. ‘De fundamenten zijn bewezen; we weten hoe en wanneer het werkt. Maar wat is nu de efficiëntste toepassing voor de markt? Wat zijn de problemen en hoe kunnen we die oplossen?’ Naast de applicatie in procesmonitoring denken ze aan vragen vanuit de publieke sector, rondom drugs, explosieven en luchtkwaliteit bijvoorbeeld.

Het komende jaar staat in het teken van het in de markt zetten van één applicatie. ‘We zijn druk bezig met de demonstrator. In mijn rol als tech transfer postdoc focus ik momenteel op het uit het lab krijgen van onze technologie.’ Het team kampt met een luxeprobleem, zegt Verstreken. ‘Er zijn veel mogelijkheden, wat betekent dat er keuzes gemaakt moeten worden. Daarnaast staan we nog steeds open voor vragen of samenwerkingen, we willen met iedereen praten.’

Falling Walls

Het team van Ameloot wilde de resultaten graag naar buiten brengen, ook voor het bredere publiek. Verstreken stortte zich daarom op de wetenschapscommunicatie en schreef zich in voor de Falling Walls-competitie – en won de nationale ronde. ‘Het dwong me om buiten mijn comfortzone te treden, maar inmiddels raad ik iedereen aan om deel te nemen; het is ontzettend belangrijk om goed te communiceren.’

Verstreken vindt dat er een grote kloof bestaat tussen academisch onderzoek en wat er in de media over dat onderzoek wordt gezegd. ‘We spreken soms een andere taal, maar zulke competities helpen om dat maatschappelijke aspect beter zichtbaar te maken.’ Het team maakt zich nu klaar voor de finale die in november met honderd andere landelijke winnaars wordt gestreden in Berlijn tijdens de Falling Walls Science Summit.

Matavž, A., Verstreken, M.F.K. et al. (2025) Nat. Commun. 16, DOI: 10.1038/s41467-025-64199-z