Diana: Het Biosensing Team Twente is een studententeam dat innovatie, onderwijs en onderzoek combineert om echte uitdagingen in de gezondheidszorg aan te pakken. Onze missie draait om drie kerndoelen. Ten eerste willen we mensen bewust maken van problemen in de gezondheidszorg die dringend aandacht nodig hebben, maar waarvoor nog geen algemeen toegepaste oplossingen bestaan. Ten tweede streven we ernaar om eenvoudige, kosteneffectieve apparaten te ontwikkelen om deze uitdagingen aan te pakken. Ten slotte bieden we een platform voor studenten om ervaring op te doen in biomedisch onderzoek, zodat ze hun vaardigheden kunnen ontwikkelen in een collaboratieve, startup-achtige omgeving.

Caterina: Een van de leukste onderdelen van ons werk is onze deelname aan de internationale SensUs-wedstrijd, die teams van over de hele wereld samenbrengt om een klinisch probleem op te lossen. Dit jaar is onze uitdaging Acute Nierschade, een aandoening die zowel levensbedreigend als moeilijk op te sporen in een vroeg stadium is. We moeten een biosensor ontwikkelen die specifieke biomarkers in het bloed kan detecteren die verband houden met deze aandoening. Het is een lang en intensief proces, dat minstens acht maanden onderzoek en ontwikkeling vergt, maar het geeft enorm veel voldoening. Deze competitie dwingt ons om kritisch na te denken en met innovatieve oplossingen te komen om urgente problemen in de gezondheidszorg op te lossen.

Jan Pieter: Biosensoren zijn zeer gespecialiseerde apparaten die biologische componenten combineren met technologische systemen om specifieke stoffen te detecteren en te meten. De basisstructuur van een biosensor omvat drie belangrijke componenten: een biologisch herkenningselement, zoals antilichamen of enzymen, dat de doelanalyt identificeert; een transducer, die deze interactie omzet in een meetbaar signaal; en een signaalprocessor, die de gegevens versterkt en interpreteert. Deze apparaten zijn onmisbare hulpmiddelen geworden in de gezondheidszorg en daarbuiten vanwege hun vermogen om realtime, nauwkeurige en betrouwbare informatie te leveren.

Diana: De potentiële toepassingen van biosensoren zijn enorm, net als de voordelen. In de gezondheidszorg bijvoorbeeld helpen biosensoren patiënten door vroegtijdige diagnose van ziekten, betere omgang met chronische aandoeningen en zelfs nietinvasieve monitoring mogelijk te maken. Stel je voor dat je je bloedsuikerspiegel of hormoonspiegel kunt meten met een eenvoudig draagbaar apparaatje – dat is het soort innovatie dat biosensoren mogelijk maken. Het zou de manier waarop we dagelijks omgaan met gezondheid kunnen veranderen. Zorgverleners hebben er ook baat bij, omdat biosensoren diagnostiek stroomlijnen en precisiegeneeskunde ondersteunen, waardoor artsen en verpleegkundigen zich meer kunnen richten op patiëntenzorg.

Diana: Het ontwikkelen van een biosensor is een ingewikkeld proces dat geavanceerde materialen combineert met geavanceerde technieken. Het biologische herkenningselement is het hart van de biosensor en kan componenten bevatten zoals enzymen, antilichamen, nucleïnezuren of zelfs hele cellen. Deze biologische elementen worden gekozen vanwege hun vermogen om zich specifiek te binden aan de doelanalyt en worden geïmmobiliseerd op een ondersteunende structuur. De omvormer of transducer speelt een cruciale rol bij het omzetten van de biologische interactie in een meetbaar signaal. Het type omvormer en de gebruikte materialen hangen af van het signaaltype – bijvoorbeeld halfgeleiders voor elektrische signalen, optische vezels voor lichtsignalen of piëzo-elektrische materialen voor mechanische signalen. Nanomaterialen, zoals gouden nanodeeltjes, grafeen of koolstofnanobuisjes, worden steeds vaker gebruikt omdat ze de gevoeligheid vergroten en de afmetingen van het apparaat verkleinen.

Jan Pieter: Naast materialen stellen technieken zoals fotolithografie, 3D-printen en microfluïdica ons in staat om biosensoren met hoge precisie te vervaardigen. Microfluïdica is vooral waardevol omdat het de verwerking van zeer kleine monstervolumes mogelijk maakt, waardoor biosensoren efficiënter en draagbaarder worden. Oppervlaktemodificatietechnieken, zoals plasmabehandelingen, verbeteren de biocompatibiliteit en stabiliteit, waardoor de biosensor onder verschillende omstandigheden effectief kan functioneren. Tot slot worden machine learning en data-analyse gebruikt om complexe gegevens te interpreteren, wat de nauwkeurigheid en bruikbaarheid van het apparaat verder verbetert.

Jan Pieter: Een van de belangrijkste uitdagingen is het bereiken van de hoge gevoeligheid en specificiteit die nodig zijn om doelanalyten nauwkeurig te detecteren. Biologische monsters zoals bloed of speeksel zijn ongelooflijk complex, met veel stoffen die de detectie van de doelanalyt kunnen verstoren. Om nauwkeurige resultaten te krijgen, moeten we de “ruis” van deze storende stoffen eruit filteren. Dit vereist veel onderzoek en finetuning. Een ander belangrijk punt is de stabiliteit van het biologische herkenningselement. Componenten zoals enzymen of antilichamen kunnen na verloop van tijd degraderen en hun activiteit verliezen door omgevingsfactoren zoals temperatuur, pHveranderingen of langdurige opslag. Ervoor zorgen dat de biosensor betrouwbaar blijft gedurende de beoogde levensduur is een hardnekkige uitdaging. Miniaturisatie en integratie voegen nog een laag complexiteit toe. Er is veel vraag naar draagbare biosensoren, maar het verkleinen van componenten zoals transducers en signaalprocessoren zonder dat dit ten koste gaat van hun prestaties is geen eenvoudige opgave. De schaalbaarheid van de productie is een andere hindernis; wat werkt in het lab vertaalt zich niet altijd probleemloos naar massaproductie.

Diana: Tot slot blijven de kosten een belangrijke barrière. Veel geavanceerde materialen en productietechnieken zijn duur, wat het eindproduct minder toegankelijk maakt. De integratie van biosensoren met bestaande gezondheidstechnologieën, zoals elektronische patiëntendossiers of wearables, vereist ook geavanceerde software, veilige gegevensoverdracht en naadloze interoperabiliteit – allemaal zaken die de kosten kunnen opdrijven.

Jan Pieter: Het ontwikkelen van een biosensor voor de SensUs-wedstrijd omvat een reeks goed doordachte maar uitdagende stappen. Het proces begint met grondig onderzoek naar het klinische probleem en de biomarker die ermee geassocieerd is. Deze fase is cruciaal omdat het begrijpen van de onderliggende biologie en de specifieke vereisten voor detectie het hele ontwikkelingsproces bepalen. Vervolgens evalueren we verschillende detectietechnieken om de meest geschikte methode voor het detecteren van de biomarker te bepalen. Zodra we de detectiebenadering hebben gekozen, gaan we over tot oppervlaktefunctionalisatie. Dit houdt in dat we het sensoroppervlak voorbereiden zodat er een effectieve interactie is met de doelanalyt. Technieken zoals Quartz Crystal Microbalance met dissipatiemonitoring (QCM-D) worden gebruikt om deze stap te testen en te optimaliseren. Hierna maken we de biosensorchip en ontwerpen we de volledige experimentele opstelling. Daarna volgt kalibratie, om ervoor te zorgen dat het apparaat nauwkeurige en reproduceerbare metingen kan uitvoeren. De laatste stap is het assembleren van alle componenten tot een volledig functionele biosensor, het rigoureus testen ervan en het voorbereiden van de presentatie op de wedstrijd.

Diana: Een van de grootste technische uitdagingen die we zijn tegengekomen is het waarborgen van de continuïteit tijdens de metingen. Wanneer je werkt met biosensoren die afhankelijk zijn van chips waar meerdere monsters doorheen stromen, kan het lastig zijn om de nauwkeurigheid in de tijd te behouden. Dit is vooral het geval bij de overgang tussen monsters of metingen. Achtergebleven resten van een vorig monster of een extra reinigingsmiddel kunnen de volgende meting verstoren, waardoor de resultaten mogelijk vertekend worden. Deze kwestie wordt nog belangrijker bij het ontwerpen van een draagbare biosensor, waarbij het doel continue of realtime monitoring is in een praktische, gebruiksvriendelijke vorm. Het introduceren van een aparte reinigingsstap of -stof kan het ontwerp compliceren, de kosten verhogen of het apparaat minder draagbaar en efficiënt maken.

Jan Pieter: Om dit aan te pakken, hebben we materialen en ontwerpen onderzocht die vervuiling en de opbouw van residu minimaliseren. We hebben bijvoorbeeld de oppervlakte-eigenschappen van de chip geoptimaliseerd met behulp van geavanceerde coatings die de aanhechting van biologische of chemische resten verminderen. Deze oppervlaktemodificaties helpen ervoor te zorgen dat monsters soepel doorstromen zonder substanties achter te laten die latere metingen kunnen verstoren.

Daarnaast hebben we ons gericht op het verfijnen van de vloeistofdynamica binnen de chip. Door het ontwerp van de stromingskanalen te verbeteren, hebben we stagnatiepunten kunnen verminderen waar de kans groter is dat residuen zich ophopen. Hoewel deze oplossingen de prestaties hebben verbeterd, werken we nog steeds aan het bereiken van volledige continuïteit tijdens de metingen. We blijven ontwerpen testen en herhalen om ervoor te zorgen dat onze biosensor nauwkeurige, betrouwbare resultaten kan leveren over langere perioden zonder handmatige tussenkomst.

Caterina: De SensUs-wedstrijd evalueert biosensoren op vier afzonderlijke criteria. Ten eerste is er de innovatieprijs, die betrekking heeft op hoe het apparaat eruitziet, functioneert en zijn doel bereikt. Deze criteria beoordelen alleen het concept, waarbij vooral wordt gekeken hoe geavanceerd het is. De nauwkeurigheid en functionaliteit van het apparaat worden beoordeeld tijdens een Testing Event, waarbij elk team een aantal monsters krijgt en in elk daarvan de concentratie van de biomarker moet meten. Deze prijs is cruciaal – onze biosensor moet de doelanalyt betrouwbaar detecteren onder gespecificeerde omstandigheden. Naast de technische prestaties wordt ook het vertaalpotentieel van het apparaat geëvalueerd. Hiervoor moeten we een business case presenteren met een 10-jarenplan om het apparaat op de markt te brengen. Dit omvat het onderzoeken van de haalbaarheid, potentiële impact en commerciële levensvatbaarheid. Tot slot is er de Public Inspiration-stemming, waarbij we in contact treden met het publiek om ons werk te laten zien en steun te verwerven. Sociale media en publieksbereik spelen hier een grote rol!

Diana: De toekomst van de biosensor hangt af van het thema van de wedstrijd en de uitkomsten. Soms wordt het probleem uitgebreid naar het volgende jaar met extra uitdagingen, zoals het draagbaar maken van het apparaat. Als dat niet gebeurt, wordt de biosensor meestal het intellectuele eigendom van het team. In sommige gevallen zijn ideeën uit het verleden uitgegroeid tot PhD-onderzoeksprojecten, maar ze kunnen zelfs leiden tot de oprichting van startups. Dankzij deze flexibiliteit kunnen we verschillende paden verkennen om het werk voort te zetten dat we tijdens de wedstrijd zijn begonnen.

Diana: Ons team is georganiseerd in twee hoofdonderdelen, de kerngroep en het bestuur, die elk een cruciale rol spelen in het bereiken van onze doelen. De kerngroep richt zich op de technische aspecten van het project, in het bijzonder de ontwikkeling van de biosensor. Dit omvat uitgebreid onderzoek, experimenten en innovatie om een functioneel, concurrerend apparaat te ontwerpen en te bouwen. Het bestuur daarentegen zorgt ervoor dat de administratieve en organisatorische kant van het team soepel verloopt. Ze beheren alles, van financiën en planning tot communicatie met externe belanghebbenden, en zorgen ervoor dat we op schema blijven en de middelen hebben die we nodig hebben om te slagen.

Caterina: Binnen de kerngroep hebben we de verantwoordelijkheden verdeeld in gespecialiseerde deelteams, die zich elk richten op een belangrijk gebied van de ontwikkeling van de biosensor. Het chemieteam werkt bijvoorbeeld aan oppervlaktefunctionalisatie en biomarkerinteracties, terwijl het chipen apparaatontwerpteam zich richt op het creëren van de fysieke structuur en het integreren van de benodigde componenten. Het experimenten- en analyseteam houdt zich bezig met testen, kalibratie en gegevensverzameling om ervoor te zorgen dat onze biosensor naar verwachting presteert. Naast de technische kant hebben we ook een business case team, dat een uitgebreid plan opstelt voor de manier waarop het apparaat op de markt kan worden gebracht, waarbij zowel de haalbaarheid als de impact op de lange termijn aan bod komen. Tot slot helpt het social media-team ons in contact te komen met de bredere community, om onze vooruitgang te delen en enthousiasme op te wekken voor ons werk, wat cruciaal is voor dit soort wedstrijden waar publieke steun het verschil kan maken.

Diana: Het bestuur vult deze inspanningen aan door te zorgen voor het werk “achter de schermen” dat het team operationeel houdt. Elk bestuurslid heeft een duidelijke rol. De voorzitter overziet alles en zorgt voor samenhang tussen de kerngroep en het bestuur. De secretaris beheert de planning, vergaderagenda’s en documentatie en zorgt voor efficiënte communicatie en organisatie. De penningmeester is verantwoordelijk voor budgettering en financieel beheer en zorgt ervoor dat we de middelen op een verstandige manier toewijzen. Andere belangrijke functies in het bestuur zijn bijvoorbeeld het onderhouden van externe relaties: partnerschappen opbouwen en onderhouden met sponsors en andere belanghebbenden, en met interne relaties, om te zorgen voor een naadloze communicatie tussen teamleden, begeleiders en wedstrijdorganisatoren. Een Technisch Manager is verantwoordelijk voor het toezicht op het labwerk, het bestellen van materialen en het begeleiden van het team wanneer dat nodig is. We hebben ook een communicatiemanager die zich bezighoudt met publiciteit, campagnes op sociale media en public relations, wat van vitaal belang is voor het opbouwen van de reputatie en zichtbaarheid van ons team.

Caterina: In een team zo groot als het onze is het noodzakelijk om een naadloze samenwerking tussen de kerngroep en het bestuur te hebben. Dit wordt bereikt door regelmatige bijeenkomsten en duidelijke communicatie. We houden regelmatig check-ins om elkaar bij te praten over de voortgang, om hindernissen te identificeren en om onze strategieën op elkaar af te stemmen. Dit zorgt ervoor dat iedereen op één lijn zit en naar een gemeenschappelijk doel toewerkt. Door deze gestructureerde aanpak hebben we een systeem gecreëerd waarin de bijdragen van elk lid – of dat nu technisch, leidinggevend of creatief is -worden gewaardeerd en geïntegreerd in de algehele missie.

Diana: Een van de belangrijkste lessen die we hebben geleerd is de enorme waarde van diversiteit. Het hebben van teamleden met verschillende expertisegebieden en gevarieerde academische of culturele achtergronden verrijkt onze benadering van het oplossen van problemen. Iemand met een scheikundige achtergrond kan bijvoorbeeld anders tegen een uitdaging aankijken dan een ingenieur of een bedrijfskundige, en het samenbrengen van deze perspectieven leidt vaak tot innovatieve oplossingen die geen van ons alleen had kunnen ontwikkelen. Deze diversiteit leert ons ook om ruimdenkend te zijn en ons aan te passen, omdat we standpunten en methodologieën moeten overwegen die buiten onze eigen expertise vallen.

Caterina: Samenwerking heeft ons ook geleerd dat geen bijdrage te klein of onbeduidend is. Of het nu gaat om een technisch inzicht van het chemieteam, een innovatief idee voor sociale media of een creatieve oplossing voor een business case: de inbreng van elk teamlid speelt een cruciale rol in het algehele succes van ons project. We hebben het belang geleerd van duidelijke communicatie en wederzijds respect, die essentieel zijn wanneer je met zo’n breed scala aan disciplines werkt. Het gaat niet alleen om het verdelen van taken, maar ook om ervoor te zorgen dat ieders inspanningen in lijn zijn met onze gezamenlijke doelen.

Diana: Een andere belangrijke les is het belang van geduld en aanpassingsvermogen bij het samenvoegen van verschillende werkstijlen. Elke discipline heeft zijn eigen manier van denken en problemen benaderen, en het is een uitdaging – maar ook een zeer waardevolle ervaring – om te leren omgaan met die verschillen en toch de productiviteit te behouden. We zijn beter geworden in het constructief oplossen van conflicten en het vinden van punten van overeenkomst, wat uiteindelijk de teamdynamiek versterkt.

Diana: We hebben zin in de toekomst! Op de korte termijn willen we onze aanwezigheid binnen het universitaire netwerk versterken, onze zichtbaarheid vergroten en het supportsysteem voor onze leden versterken. Door actiever deel te nemen aan universitaire activiteiten hopen we meer talent en middelen aan te trekken om de levensduur en groei van het team te waarborgen.

Caterina: Als we verder vooruitkijken, is het onze ambitie om ons werkterrein uit te breiden tot buiten de SensUs-competitie. Hoewel de wedstrijd een fantastisch platform is geweest voor het ontwikkelen van biosensoren, willen we onze projecten diversifiëren en tegelijkertijd verschillende uitdagingen op het gebied van biosensing aangaan. Dit kan inhouden dat we onze eigen initiatieven lanceren, samenwerkingsverbanden met andere academische instellingen onderzoeken en zelfs wedstrijden organiseren om andere studententeams te inspireren. Uiteindelijk hopen we dat het team kan bijdragen aan de vooruitgang in de gezondheidszorg door diagnostiek en monitoring toegankelijker, betaalbaarder en effectiever te maken voor mensen wereldwijd.

Diana: Door samenwerkingen aan te gaan met academische en industriële leiders willen we in de voorhoede van de biosensing innovatie blijven. We hopen ook een omgeving te creëren waarin studenten hun potentieel kunnen blijven ontwikkelen, praktijkervaring kunnen opdoen en een betekenisvolle impact kunnen maken, zowel in de gezondheidszorg als daarbuiten.