Delmic zet onderzoek op nanoschaal op de automatische piloot

Of het nu om nieuwe chips of om processen in ons lichaam gaat: steeds meer onderzoek vindt plaats op nanoschaal. Elektronenmicroscopie speelt daarin een belangrijke rol. Het Delftse Delmic lanceerde eerder deze week een meetsysteem dat specialistische handelingen van dergelijke microscopen automatisch uitvoert. “Het plan is om met industriële klanten om de tafel te gaan”, zegt Sander den Hoedt, CEO van Delmic.

De samenleving zet steeds vaker in op elektronenmicroscopie. Met deze techniek kunnen onderzoekers processen tot op de nanoschaal goed in kaart brengen. Grofweg werkt het zo: een elektronenbundel wordt op een minuscuul stukje materiaal gericht, waarna de elektronen die terugkomen informatie geven over wat zich daar op nanoschaal afspeelt. 

Wat er op nanoschaal gebeurt, kan grote gevolgen hebben. Neem het menselijk lichaam. Dat bestaat uit talloze kleine biologische componenten, zoals eiwitten. Als er op nanoschaal iets misgaat, kunnen er ziektes ontstaan, zoals bijvoorbeeld Alzheimer. Van groot belang dus dat onderzoekers nauwkeurige metingen kunnen uitvoeren, voor fundamenteel onderzoek én de ontwikkeling van nieuwe medicijnen. 

In de life sciences spelen elektronenmicroscopen een grote rol, maar ook in materiaalonderzoek en de chipindustrie. In materiaalonderzoek worden ze bijvoorbeeld gebruikt voor onderzoek naar zonnecellen of componenten van datacenters, en in de chipindustrie voor het opsporen van defecten. Bij nieuwe halfgeleidermaterialen zoals galliumnitride en siliciumcarbide moeten onderzoekers bovendien niet alleen defecten kunnen vinden, maar ook kunnen vaststellen hoe vaak ze voorkomen en onder welke omstandigheden.

De SPARC 3.0

Het belang van automatiseren

Delmic wil elektronenmicroscopie makkelijker en sneller maken. Het nieuwe meetsysteem dat maandag werd gelanceerd, SPARC 3.0, neemt bepaalde specialistische handelingen automatisch over en voert bepaalde metingen tot wel 2,3 keer sneller uit. Den Hoedt: “Het is een ‘add-on’, dus de klant heeft een elektronenmicroscoop en dan zetten wij daar de SPARC op.”

Juist die automatisering is hard nodig in de wereld van de elektronenmicroscopie. Veel partijen richten zich op het steeds scherper en gedetailleerder in beeld brengen van de nanowereld. Volgens Den Hoedt ligt daar echter niet de grootste uitdaging. "Ik zeg weleens gekscherend tegen mensen: het is alsof je steeds grotere motoren in Ferrari's legt, zodat ze niet 300 maar 380 kilometer per uur kunnen. Maar vervolgens staat die Ferrari de hele dag in de file. Wij lossen die file op met SPARC 3.0." Oftewel: automatisering maakt elektronenmicroscopie toegankelijker en breder inzetbaar. 

Het nieuwe meetsysteem levert verschillende voordelen op. Zo maakt het onderzoekers minder afhankelijk van schaars specialistisch personeel. Dat is belangrijk, bijvoorbeeld in de chipsector. Tegen 2030 dreigt in de Europese chipsector een tekort van ongeveer 10.800 geschoolde professionals per jaar. Doordat het systeem meer handelingen zelf uitvoert, kunnen ook minder ervaren gebruikers betrouwbare metingen doen. 

Met automatische instellingen en opgeslagen meetprotocollen worden metingen bovendien minder afhankelijk van de persoon die achter de knoppen zit. “Bij materiaalonderzoek wil je weten of een verschil echt in het materiaal zit en niet ontstaat doordat iemand het apparaat nét anders heeft ingesteld”, legt Den Hoedt uit. 

Een derde voordeel is dat er grotere reeksen metingen automatisch achter elkaar worden uitgevoerd, waardoor onderzoekers veel meer data kunnen verzamelen zonder dat iemand voortdurend achter de microscoop hoeft te zitten. Dat is niet alleen sneller, maar maakt het ook mogelijk om in dezelfde tijd metingen met een hogere resolutie uit te voeren. Delmic meet met SPARC 3.0 ruim negen spectroscopische metingen per uur, tegenover bijna vier met de vorige generatie.

Tot slot heeft SPARC 3.0 nog een ander belangrijk voordeel: onderzoekers kunnen twee meetmethoden combineren. Dankzij een upgrade kunnen ze laserlicht rechtstreeks de elektronenmicroscoop in sturen en op exact dezelfde plek meten hoe een materiaal reageert op elektronen én licht. Het sample hoeft daarvoor niet naar een ander instrument. Dat maakt nieuwe experimenten mogelijk met onder meer zonnecelmaterialen, quantumtechnologie, lichtgevoelige halfgeleiders en fotokatalyse.

Toegankelijk voor de industrie

Met SPARC 3.0 komt elektronenmicroscopie een stap dichter bij de industrie. Precies wat Delmic wil bereiken. Den Hoedt: "Delmic bestaat inmiddels ruim vijftien jaar. We zijn in de academische hoek begonnen. Tot 2020 lag daar vooral onze focus.” Meer dan 220 onderzoeksinstituten in ruim dertig landen gebruiken Delmic-technologie voor cryo-elektronentomografie, cathodoluminescentie en grootschalige elektronenmicroscopie.

Den Hoedt vervolgt: "De afgelopen jaren zagen we echter dat er in de industrie een duidelijke behoefte was aan een toegankelijkere en efficiëntere manier van werken met elektronenmicroscopie. Met ons systeem kunnen we daarin voorzien.” Het product is pas net op de markt, maar Delmic heeft al veel positieve reacties ontvangen. “We hebben inderdaad veel reacties gekregen dat automatisering heel belangrijk is en dat multimodaliteit, dus het inkoppelen van het licht, een hele nuttige feature is.” 

Een rooskleurige toekomst

Den Hoedt is positief over de toekomst. “Van 2011 tot 2018 hadden we wereldwijd zo'n 30 systemen. Inmiddels zijn er meer dan 200 in gebruik.” En de teller loopt door. 

De agenda voor de rest van het jaar is al behoorlijk gevuld, aldus de CEO. “Het plan is om met industriële klanten om de tafel te gaan. In veel opzichten is dit systeem voor hen gebouwd. We kunnen dus met een goed verhaal voor de dag komen."