Ivo Vellekoop kijkt door ondoorzichtige materialen
Het klinkt onmogelijk: scherpe plaatjes maken door een materiaal dat ondoorzichtig is. Toch is dit precies waar Ivo Vellekoop aan werkt: “Bij niet-transparante materialen, zoals witte verf of onze huid, zorgen microscopisch kleine deeltjes in het materiaal ervoor dat licht wordt verstrooid en daardoor diffuus wordt en geen scherp plaatje meer oplevert,” legt hij uit. De oplossing? Wavefront shaping. In 2007 stond Vellekoop samen met zijn begeleider Allard Mosk aan de wieg van wat nu is uitgegroeid tot een compleet nieuw vakgebied binnen de fotonica.
“Wij waren de eersten die het lukte om licht door een ondoorzichtig materiaal heen te focusseren, iets dat veel onderzoekers in die tijd als fundamenteel onmogelijk zagen,” zegt hij. “Bij wavefront shaping wordt de fase en de vorm van een lichtgolf zo gemanipuleerd dat er op één plek constructieve interferentie optreedt, waardoor daar de lichtintensiteit heel sterk omhoog gaat. Op die manier kun je een focus maken door een niet-transparant materiaal heen, of zelfs daar binnenin.”
Wavefront shaping microscopie
Wavefront shaping nam sinds Vellekoops promotie in 2008 wereldwijd een grote vlucht. “Hoewel we zeer fundamenteel onderzoek doen, zagen we al vroeg dat wavefront shaping veelbelovende toepassingen heeft,” zegt hij. “In potentie kun je er een microscoop mee maken die overal doorheen kan kijken. Als je maar de juiste golfvorm kunt produceren voor dat specifieke stukje materiaal.”
En daar zit de crux: voor elk materiaal, én bovendien voor elk punt in dat materiaal is ‘de juiste golfvorm’ anders en moet deze apart worden berekend en ingesteld, wat verre van triviaal is. Met steeds slimmere algoritmes en modellen lukt het steeds beter om wavefront shaping in te zetten voor relevante metingen, zoals voor biomedische beeldvorming. “Er is een enorme verbreding gaande in het vakgebied. Eerst was het puur fundamentele fysica, nu hebben we te maken met geavanceerde wiskunde, machine learning, high-performance computing en 3D-modelleren aan de ene kant, en biologie en niet-lineaire microscopie aan de andere kant. Dit maakt het vakgebied super interessant en dynamisch.”
BioImaging Centre
Vellekoop beheert sinds kort de eerste wavefront shaping microscopie faciliteit in het Twentse Bio Imaging Centrum. “We bieden een unieke combinatie van apparatuur en technische ondersteuning, die ook voor externe partijen beschikbaar is, zoals startups uit de regio,” vertelt hij. “We hebben niet alleen echt goede commerciële microscopen, maar ook de ruimte om te experimenteren en aanpassingen op maat te doen, bijvoorbeeld voor het bekijken van Organ-on-Chip systemen.”
Onderzoek en onderwijs
“Als hoogleraar heb je in het huidige systeem eigenlijk geen tijd om zelf nog onderzoek te doen.” zegt Vellekoop. “Maar tegelijkertijd zijn de concepten waar wij aan werken zo abstract en nieuw dat ik me ook niet helemaal afzijdig kan houden. Bovendien is het ontwikkelen van nieuwe oplossingen voor ‘onmogelijke’ problemen natuurlijk één van de leukste dingen van dit werk. Mijn toekomstdroom? Een microscoop die echt overal doorheen kijkt met één druk op de knop.”
Vellekoop geeft onder meer het vak Biomedical Optics en begeleidt studenten bij hun afstudeeropdrachten. Daarbij benadrukt de hoogleraar altijd de noodzaak om gevoel te hebben bij wat je onderzoekt. “Ik hecht veel belang aan wiskunde. Dat vinden sommige studenten ingewikkeld, maar het is voor ons werk noodzakelijk om te begrijpen wat je in de experimenten ziet,” zegt hij. “Daarnaast probeer ik dat ‘gevoel’ te trainen door altijd de link te leggen tussen de abstracte formules en de werkelijkheid: wat betekent een formule in de praktijk?”
Over Ivo Vellekoop
Ivo Vellekoop studeerde van 1996 tot 2003 Elektrotechniek aan de Universiteit Twente en kwam via een stage in aanraking met fundamenteel (kwantum)optica onderzoek. Het fundamentele karakter van het onderzoek in de optica trok hem sterk aan, en in 2003 koos hij voor een afstudeeropdracht bij de net opgerichte leerstoel Complex Photonic Systems (COPS) van de faculteit Technische Natuurwetenschappen. Hij promoveerde bij dezelfde leerstoel, waar hij samen met Allard Mosk aan de wieg stond van het nieuwe vakgebied van wavefront shaping. Hij vervulde postdoc posities aan de Universiteit van Zurich en bij Caltech in California en is sinds 2012 terug in Twente, bij de leerstoel Biomedical Photonic Imaging.
Persfoto's
Deze persfoto's kunnen zonder copyright restricties worden gebruikt.