Zweven in de magneet is nu echte wetenschap
Datum bericht: 7 oktober 2009
Beknopte samenvatting
Het Laboratorium voor Hoge Magneetvelden, HFML, van de Radboud Universiteit Nijmegen organiseert eind oktober een belangrijke internationale conferentie op het gebied van de magnetoscience. Het is voor het eerst dat de conferentie in Europa gehouden wordt en dat die juist in Nijmegen plaatsvindt, bevestigt de leidende rol van het HFML in de Europese magnetenwereld. Met de labs in Grenoble, Dresden en Toulouse vormt het lab EuroMagNET, een toponderzoeksfaciliteit op vier locaties. De ambitie is dat dat een Europese onderzoeksfacilteit wordt met de Radboud Universiteit als hoofdkantoor.
Het HFML is een bijzonder lab waar een magneetveld kan worden opgewekt dat 33 keer sterker is dan dat van de bekende hoefijzermagneet en bijna 100.000 keer meer dan aarde. Dat biedt interessante mogelijkheden voor zeer diverse onderzoeksrichtingen die samenkomen onder de noemer 'Magnetoscience'.
Europa's sterkste magneet werd beroemd door een zwevende kikker. Een opvallende grap van de Nijmeegse onderzoekers. Serieus onderzoek naar materialen, kristallen, cellen en levende planten en dieren in gewichtsloze toestand is sindsdien een belangrijke tak van magnetoscience geworden. Eind oktober confereren magneetwetenschappers uit de hele wereld voor het eerst in Europa. Aan de Radboud Universiteit in Nijmegen natuurlijk.
Het Laboratorium voor Hoge Magneetvelden, HFML, is een bijzonder lab waar een magneetveld kan worden opgewekt dat 33 keer sterker is dan dat van de bekende hoefijzermagneet en bijna 100.000 keer meer dan de aarde. Dat biedt interessante mogelijkheden voor zeer diverse onderzoeksrichtingen die samenkomen onder de noemer 'Magnetoscience'. Het meer klassieke natuurkundige onderzoek naar magnetisme en materialen valt hieronder, maar ook scheikundige en biologische experimenten. Zelfs sterrenkundigen kloppen aan bij magneetlaboratoria, bijvoorbeeld om de vorming van clusters van materie te bekijken. Omdat magnetoscience grotendeels een Japanse aangelegenheid was, waren de eerdere conferenties op dit gebied dan ook in Japan. Peter Christianen, onderzoeker bij HFML, slaagde erin om de conferentie naar Europa te halen.
'Dat past heel goed bij onze leidende rol in de Europese magnetenwereld. Met de labs in Grenoble, Dresden en Toulouse vormen we EuroMagNET, een topfaciliteit op vier locaties. Onze ambitie is dat dat een Europese onderzoeksfacilteit wordt. En we hopen het hoofdkantoor aan de Radboud Universiteit te vestigen.' Christianen is enthousiast over het programma dat weerspiegelt voor hoeveel gebieden magneetvelden van belang zijn. 'De president van de Japanse Society voor Magneto Science prof. Hitoshi Watarai, chemicus in Osaka, is een van onze eregasten. Hij zal spreken over het gebruik van magnetische krachten in lab-on-a-chip toepassingen. Hij gebruikt magneten om opgeloste deeltjes door miniscule vloeistofkanaaltjes de weg te wijzen.'
Magnetolevitatie: zonder zwaartekracht
Het opheffen van de zwaartekracht is één van de interessante mogelijkheden van sterke magneetvelden. Prof. Eric Beaugnon - aanwezig op het congres - van het CNRS/CRETA laboratorium in Grenoble liet in 1991 als eerste niet-magnetische materialen zweven.De Nijmeegse zwevende kikker is het bekendste voorbeeld geworden maar magneetlevitatie heeft inmiddels ook serieuze toepassingen.
Voor natuurkundigen is het een interessante vraag hoe materie zich gedraagt zonder zwaartekracht en ook biologen raken meer en meer geïnteresseerd in magneetvelden.
Een belangrijke onderzoeker op dit terrein die in Nijmegen zal spreken is prof. James Valles, van Brown University in de USA. Naast zijn werk aan supergeleiders heeft hij de invloed van magneetvelden onderzocht op de celdeling van kikkerembryos, op het zwemmen van pantoffeldiertjes en op microtubules. Microtubules spelen een belangrijke rol in cellen. Ze helpen bij de celdeling, geven cellen hun vorm en spelen een rol voor het vervoer van chromosomen en mitochondriën.'
Jack van Loon, bioloog aan de Vrije Universiteit, kwam in Nijmegen experimenteren met cellen in (bijna) zwaartekrachtloze omstandigheden. 'Door de magneetvelden kunnen we van de zwaartekracht, die op aarde een constante is - 1g - een variabele maken. Het leven is geëvolueerd bij die zwaartekracht. Het is fundamenteel interessant om te zien hoe cellen en organismen reageren op het ontbreken hiervan. Daar kunnen ze niet door de evolutie voor zijn toegerust. Plus dat we met behulp van magneetvelden ruimte-experimenten goed kunnen voorbereiden en kunnen bepalen wat we echt in de ruimte moeten doen en wat er op aarde kan. Je kunt in elk geval de tijd tussen twee spacevluchten beter gebruiken.'
Magnetoreceptie: hoe organismen magneetvelden voelen Een heel ander onderwerp op de conferentie is de vraag hoe organismen magneetvelden waarnemen. Sommige trekvogels en -vissen oriënteren zich op het aardmagnetisch veld. Zijn de kompasnaaldjes van magnetiet in een speciaal orgaan van belang? En hoe werkt dat dan? 'Om die vraag te beantwoorden is het belangrijk om te weten te komen waar het magnetiet zit en wat de structuur is,' zegt prof. Sylvia Speller, hoogleraar Scanning Probe Microscopie in Nijmegen. 'Het is ons nu gelukt om nanodeeltjes magnetiet en hun magnetische signatuur ín het weefsel van het neusepitheel van vissen in beeld te brengen. Dat is nieuw.'
Chemiehoogleraar Peter Hore uit Oxford zal nader ingaan op de concurrerende theorie: niet magnetiet is belangrijk maar moleculen die gevoelig zijn voor subtiele magnetische verschillen en die dat omzetten in een signaal dat in het visuele gebied van het brein wordt verwerkt. Vogels 'zien' zo het magneetveld. Zijn werk was goed voor publicaties in Nature en PNAS.
Magnetochemie: analyse in de magneet
Binnen het Institute for Molecules and Materials is veel interesse in zelfassemblerende moleculen: systemen van grote moleculen die op een specifieke manier in elkaar klikken. Alleen de werkingsmechanismen hierachter zijn nog niet goed begrepen. Onderzoek in magneetvelden kan hierbij behulpzaam zijn, legt HFML-promovendus Jeroen Gielen uit.
'Deze moleculen vormen bijvoorbeeld draadjes. Door ze in een magneetveld te brengen kun je er achter komen hoe deze draadjes precies in elkaar zitten. Dit komt omdat je de moleculen met behulp van het magneetveld kan richten. We hebben bovendien net - tot onze grote verrassing - ontdekt dat sommige van deze draadjes al bij een laag magneetveld stijve cilinders vormen. En zet je het veld uit dan worden ze weer beweeglijk!
Filmpje supramoleculaire structuren
In het filmpje zie je allemaal cilindervormige objecten ronddrijven. Deze objecten zijn zogeheten supramoleculaire structuren die dus spontaan gevormd zijn uit losse moleculen die in oplossing aanwezig waren. Na een paar seconden wordt de magneet aangezet, en het veld wordt steeds sterker. Na iets minder dan een halve minuut is het veld op zijn maximale sterkte, en dan zie je dat alle cilinders horizontaal liggen. Omdat het magneetveld hier van links naar rechts gericht is, betekent dat dat de cilinders zich uitlijnen parallel aan het magneetveld. Vlak daarna wordt het magneetveld uitgezet, en nemen de cilinders langzaamaan weer een willekeurige oriëntatie in. Om je een gevoel te geven voor de grootte, het gebied dat zichtbaar is op het filmpje, is ongeveer 50 bij 50 micrometer. >
Radboud Universiteit Nijmegen