Kan een dun laagje nanovezels het verschil maken in medische analyses?
Je lichaam zit vol informatie, niet alleen in je bloed, maar in zowat elk biologisch staal. Door stoelgangstalen te bestuderen, kunnen we inzicht krijgen in de werking van de darmen en in aandoeningen zoals diabetes. Stoelgang bevat namelijk duizenden metabolieten die veel vertellen over je gezondheid. 
Deze metabolieten zijn kleine moleculen die samen een chemische vingerafdruk vormen. De studie van deze vingerafdruk heet metabolomics. Via metabolomics kunnen onderzoekers aanwijzingen vinden voor aandoeningen zoals diabetes, ontstekingen en kanker. Voor artsen en medische onderzoekers is het daarom essentieel om de metabolieten die deze metabole vingerafdruk vormen, snel en betrouwbaar te meten.
Snel meten is niet altijd goed meten
Nieuwe analysetechnieken maken het mogelijk om een staal, zoals urine of stoelgang, bijna onmiddellijk te onderzoeken. Eén daarvan, LA-REIMS, gebruikt een laser om moleculen rechtstreeks uit een staal los te maken en daarna te meten. In tegenstelling tot meer conventionele methodes zijn er zo geen lange voorbereidingen nodig.
Dit klinkt ideaal, maar het heeft ook zijn nadelen: de kwaliteit van de meting hangt immers sterk af van het staal zelf. Dit kan leiden tot schommelende signalen, moeilijk vergelijkbare resultaten en minder gedetecteerde metabolieten.
Onderzoekers van UGent hebben dit probleem kunnen oplossen met speciale membranen, de zogenaamde MetaSAMP®-membranen, waarop het staal aangebracht wordt. Door onder andere hun poreusheid wordt de laserenergie beter doorgegeven aan de moleculen in het staal, wat zorgt voor betere metingen. Deze membranen zijn echter complex om te maken en vereisen schadelijke oplosmiddelen.
In mijn bachelorproef onderzocht ik een alternatief: membranen gemaakt uit silica-nanovezels.
Een onzichtbaar netwerk van vezels
Zo ben ik aan de slag gegaan om membranen te ontwikkelen uit silica, opgebouwd uit vezels die honderden keren dunner zijn dan een haar. Die produceerde ik via elektrospinning, een techniek waarbij een vloeistof met elektrische hoogspanning wordt uitgerekt tot fijne draadjes. Door gebruik te maken van een sol-gel, een viskeuze oplossing met een microscopisch klein netwerk van mijn beginstof (tetraethylorthosilicaat), kon ik schadelijke oplosmiddelen vermijden.
Het resultaat? Een extreem poreus en wateraantrekkend oppervlak. Ideaal om stalen zoals feces te adsorberen en gelijkmatig te verdelen.
Werken de membranen?
Om de prestatie van de silicamembranen te testen, vergeleek ik drie situaties: een rechtstreekse meting van stoelgang (verdund met water), een meting van stoelgang aangebracht op de silicamembranen en een meting van stoelgang aangebracht op de bestaande MetaSAMP®-membranen.
De uitkomst was dubbel. Enerzijds deden de membranen precies wat ik hoopte: ze legden meer moleculen bloot en gaven een volledig beeld van het staal. De typische “vingerafdruk” bleef behouden. Anderzijds waren er duidelijke beperkingen. De signalen waren zwakker en minder reproduceerbaar dan bij de MetaSAMP®-membranen.
Met andere woorden: het idee werkte, maar was nog niet op punt.
Kleine ingrepen, groot verschil
Daarom ging ik een stap verder en onderzocht ik twee concrete vragen: hoeveel staal je op de membranen moet aanbrengen en of de dikte van het membraan een effect heeft. Door deze factoren systematisch te variëren, ontstond een duidelijk patroon:
Meer staal op een dikker membraan leidt tot sterkere signalen. Minder staal op een dunner membraan leidt tot stabielere metingen.
Na optimalisatie verbeterde de prestatie van de silicamembranen aanzienlijk. De signaalintensiteiten zijn nu hoger dan bij een directe meting, er worden meer moleculen gedetecteerd en de reproduceerbaarheid is voldoende voor praktische toepassingen.
Eén van de optimale combinaties kwam zelfs verrassend dicht bij de huidige standaard.
Een stap dichter bij snelle diagnostiek
Hoewel de silicamembranen nog niet klaar zijn voor onmiddellijk gebruik in klinische laboratoria, tonen deze resultaten duidelijk hun potentieel. De methode is eenvoudiger op te schalen, vereist minder schadelijke chemicaliën en kan op termijn een betaalbaarder alternatief vormen voor bestaande technologieën. De volgende stappen liggen in verdere optimalisatie van de signaalsterkte en stabiliteit, en het testen van de membranen in realistische klinische omstandigheden en met andere biovloeistoffen.
De geproduceerde membranen laten snelle en betrouwbare analyses van biologische stalen toe. Ze hebben op die manier potentieel voor vroege ziektedetectie, gepersonaliseerde behandelingen en efficiënte diagnostiek in ziekenhuizen. Misschien worden silica-nanovezels binnenkort gebruikt om snel ziekten zoals diabetes vast te stellen, en zo tijdig te kunnen ingrijpen.
Bibliografie
[1] Ghent University. “Laboratory of Integrative Metabolomics (LIMET)”. Department of Translational Physiology, Infectiology and Public Health. https://www.ugent.be/di/vpi /en/research/limet (geraadpleegd op 20 maart 2026)
[2] Ghent University. “Centre for Textile Science and Engineering”. Department of Materials, Textiles and Chemical Engineering. https://www.ugent.be/ea/match/ textiles/en (geraadpleegd op 20 maart 2026)
[3] M. De Spiegeleer, V. Plekhova, J. Geltmeyer, E. Schoolaert, B. Pomian, V. Singh, et al., “Point-of-care applicable metabotyping using biofluid-specific electrospun MetaSAMPs directly amenable to ambient LA-REIMS,” Sci. Adv., vol. 9, nr. 23, jun. 2023, doi: 10.1126/SCIADV.ADE9933.
[4] B. S. Gupta, “Manufactured Textile Fibers” in Kent and Riegel’s Handbook of Industrial Chemistry and Biotechnology, 11de ed. J. A. Kent, Ed., NY, NY, USA: Springer Nature, 2017, pp. 1325–1396, doi: 10.1007/978-3-319-52287-6_24.
[5] M. S. Islam, B. C. Ang, A. Andriyana, en A. M. Afifi, “A review on fabrication of nanofibers via electrospinning and their applications,” SN Appl. Sci., vol. 1, nr. 10, pp. 1248-, okt. 2019, doi: 10.1007/s42452-019-1288-4.
[6] K. Garg en G. L. Bowlin, “Electrospinning jets and nanofibrous structures,” Biomicrofluidics, vol. 5, nr. 1, 2011, doi: 10.1063/1.3567097.
[7] N. Bhardwaj en S. C. Kundu, “Electrospinning: A fascinating fiber fabrication technique,” Biotechnol. Adv., vol. 28, nr. 3, pp. 325–347, mei 2010, doi: 10.1016/j.biotechadv.2010.01.004.
[8] H. Yu en Z. Tan, Introduction to Electrospinning and Nanofiber (Synthesis Lectures on Green Energy and Technology). Cham, Zwitserland: Springer Nature, 2025, doi: 10.1007/978-3-031-74310-8.
[9] A. Das, N. T. M. Balakrishnan, J. D. Joyner, N. Medhavi, O. Manaf, M. J. Jabeen, et al., “Electrospinning: The State of Art Technique for the Production of Nanofibers and Nanofibrous Membranes for Advanced Engineering Applications” in Materials Horizons: From Nature to Nanomaterials, 1ste ed. V. K. Thakur, Ed., Singapore: Springer, 2021, doi: 10.1007/978-981-15-8844-0_2.
[10] M. E. Ostheller, N. K. Balakrishnan, R. Groten, en G. Seide, “The Effect of Electrical Polarity on the Diameter of Biobased Polybutylene Succinate Fibers during Melt Electrospinning,” Polymers 2022, vol. 14, nr. 14, p. 2865, jul. 2022, doi: 10.3390/POLYM14142865.
[11] S. De Vrieze, T. Van Camp, A. Nelvig, B. Hagström, P. Westbroek, en K. De Clerck, “The effect of temperature and humidity on electrospinning,” Journal of Materials Science, vol. 44, nr. 5, pp. 1357–1362, mrt. 2009, doi: 10.1007/s10853-008-3010-6.
[12] K. A. G. Katsogiannis, G. T. Vladisavljević, en S. Georgiadou, “Porous electrospun polycaprolactone (PCL) fibres by phase separation,” Eur. Polym. J., vol. 69, nr. 1, pp. 284–295, aug. 2015, doi: 10.1016/j.eurpolymj.2015.01.028.
[13] Y. Li, M. Vergaelen, E. Schoolaert, R. Hoogenboom, en K. De Clerck, “Effect of crosslinking stage on photocrosslinking of benzophenone functionalized poly(2-ethyl-2-oxazoline) nanofibers obtained by aqueous electrospinning,” Eur. Polym. J., vol. 112, nr. 1, pp. 24–30, mrt. 2019, doi: 10.1016/j.eurpolymj.2018.12.030.
[14] J. Geltmeyer, L. Van Der Schueren, F. Goethals, K. De Buysser, en K. De Clerck, “Optimum sol viscosity for stable electrospinning of silica nanofibres,” Journal of Sol-Gel Science and Technology, vol. 67, nr. 1, pp. 188–195, mei 2013, doi: 10.1007/s10971-013-3066-x.
[15] E. Loccufier, “Functionalized (organo)silica nanofibrous membranes for advanced engineering applications,” Doctoraatsverhandeling, MaTCh, UGent, Gent, België, 2022.
[16] Q. Yang, A. Zhang, J. Miao, H. Sun, Y. Han, G. Yan, et al., “Metabolomics biotechnology, applications, and future trends: a systematic review,” RSC Adv., vol. 9, nr. 64, p. 37245, 2019, doi: 10.1039/c9ra06697g.
[17] S. Alseekh, A. Aharoni, Y. Brotman, K. Contrepois, J. D’Auria, J. Ewald, et al., “Mass spectrometry-based metabolomics: a guide for annotation, quantification and best reporting practices,” Nature Methods, vol. 18, nr. 7, pp. 747–756, jul. 2021, doi: 10.1038/s41592-021-01197-1.
[18] R. S. Plumb, L. A. Gethings, P. D. Rainville, G. Isaac, R. Trengove, A. M. King, et al., “Advances in high throughput LC/MS based metabolomics: A review,” TrAC Trends in Analytical Chemistry, vol. 160, nr. 11, p. 116954, mrt. 2023, doi: 10.1016/j.trac.2023.116954.
[19] K. Hajnajafi en M. A. Iqbal, “Mass-spectrometry based metabolomics: an overview of workflows, strategies, data analysis and applications,” Proteome Sci., vol. 23, nr. 1, p. 5, dec. 2025, doi: 10.1186/s12953-025-00241-8.
[20] V. Plekhova, “Implementation of Rapid Evaporative Ionization Mass Spectrometry (REIMS) for biomedical research,” Masterproef, DTPIPH, UGent, Gent, België, 2019.
[21] S. C. Cheng, C. Shiea, Y. L. Huang, C. H. Wang, Y. T. Cho, en J. Shiea, “Laser-based ambient mass spectrometry,” Analytical Methods, vol. 9, nr. 34, pp. 4924–4935, aug. 2017, doi: 10.1039/c7ay00997f.
[22] V. Plekhova, K. De Windt, M. De Spiegeleer, M. De Graeve, en L. Vanhaecke, “Recent advances in high-throughput biofluid metabotyping by direct infusion and ambient ionization mass spectrometry,” TrAC, vol. 168, p. 117287, nov. 2023, doi: 10.1016/J.TRAC.2023.117287.
[23] V. Plekhova, L. Van Meulebroek, M. De Graeve, A. Perdones-Montero, M. De Spiegeleer, E. De Paepe, et al., “Rapid ex vivo molecular fingerprinting of biofluids using laser-assisted rapid evaporative ionization mass spectrometry,” Nature Protocols, vol. 16, nr. 9, pp. 4327–4354, aug. 2021, doi: 10.1038/s41596-021-00580-8.
[24] V. Plekhova, J. Diana, D. Mavungu, N. Van De Velde, en L. Vanhaecke. (22-25 september 2025). Resolving GI metabolome complexity via high-throughput ion mobility-assisted ambient MS. Gepresenteerd op NuGOweek 2025 'Molecular Understandings to Promote Healthy and Sustainable Diets', Dublin, Ierland. [Online]. Beschikbaar: http://hdl.handle.net/1854/LU-01K9YF763FE7K6N7EN01VXKGET
[25] Y. Jin, J. Yan, Z. Cai, en Z. Lin, “Advances in nanomaterials for surface-assisted laser desorption ionization mass spectrometry: Applications in small molecule analysis over the past five years,” TrAC, vol. 183, nr. 20, p. 118102, feb. 2025, doi: 10.1016/j.trac.2024.118102.
[26] V. L. Brown, Q. Liu, en L. He, “Matrix-enhanced surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry (ME-SALDI-MS) for mass spectrometry imaging of small molecules,” Methods in Molecular Biology, vol. 1203, pp. 175–184, 2015, doi: 10.1007/978-1-4939-1357-2_17/FIGURES/4.
[27] W. H. Müller, A. Verdin, E. De Pauw, C. Malherbe, en G. Eppe, “Surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging: A review,” Mass Spectrom. Rev., vol. 41, nr. 3, pp. 373–420, mei 2022, doi: 10.1002/mas.21670.
[28] E. Loccufier, J. Geltmeyer, D. Esquivel, D. D’hooge, K. De Buysser, en K. De Clerck. (11-15 juni 2019). Electrospinning of silica nanofibers without carrier polymer for advanced engineering applications. Gepresenteerd op AUTEX2019, Gent, België. [Online]. Beschikbaar: http://hdl.handle.net/1854/LU-8620308
[29] B. Swanckaert, O. Verschatse, E. Loccufier, K. De Buysser, L. Daelemans, en K. De Clerck, “Chemical and structural induced ductile-to-brittle transition in electrospun silica nanofiber membranes,” Ceram. Int., vol. 49, nr. 20, pp. 33305–33315, okt. 2023, doi: 10.1016/j.ceramint.2023.08.041.
[30] D. R. Lide, Ed., “Characteristic Bond Lengths in Free Molecules” in CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85ste ed. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2005, p. 9.44.
[31] S. Jalali, I. Kruppke, S. Enghardt, H. P. Wiesmann, en B. Kruppke, “Silica Nanofibers with Enhanced Wettability and Mechanical Strength for Bone Tissue Engineering: Electrospinning without Polymer Carrier and Subsequent Heat Treatment,” Macromol. Mater. Eng., vol. 309, nr. 1, p. 2300169, jan. 2024, doi: 10.1002/mame.202300169.
[32] E. Loccufier, J. Geltmeyer, L. Daelemans, D. R. D’hooge, K. De Buysser, en K. De Clerck, “Silica Nanofibrous Membranes for the Separation of Heterogeneous Azeotropes,” Adv. Funct. Mater., vol. 28, nr. 44, p. 1804138, okt. 2018, doi: 10.1002/ADFM.201804138.
[33] S. Verschraegen, B. Swanckaert, E. Loccufier, D. R. D’hooge, K. De Buysser, en K. De Clerck, “Long-term hydrophobic organosilica nanofiber membranes for gravity-driven alcohol/water separation,” Sep. Purif. Technol., vol. 382, p. 136093, feb. 2026, doi: 10.1016/j.seppur.2025.136093.
[34] E. De Paepe, L. Van Meulebroek, C. Rombouts, S. Huysman, K. Verplanken, B. Lapauw, et al., “A validated multi-matrix platform for metabolomic fingerprinting of human urine, feces and plasma using ultra-high performance liquid-chromatography coupled to hybrid orbitrap high-resolution mass spectrometry,” Anal. Chim. Acta, vol. 1033, pp. 108–118, nov. 2018, doi: 10.1016/J.ACA.2018.06.065.
[35] J. Bian en S. V. Olesik, “Ion desorption efficiency and internal energy transfer in polymeric electrospun nanofiber-based surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry,” Analytical and Bioanalytical Chemistry, vol. 412, nr. 4, pp. 923–931, dec. 2019, doi: 10.1007/s00216-019-02315-x.
[36] W. D. Callister Jr. en D. R. Rethwisch, Callister’s Materials Science and Engineering, Global Edition, 10de ed. Hoboken, NJ, USA: Wiley, 2019.
[37] R. Arakawa en H. Kawasaki, “Functionalized Nanoparticles and Nanostructured Surfaces for Surface-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry,” Analytical Sciences, vol. 26, nr. 12, pp. 1229–1240, dec. 2010, doi: 10.2116/ANALSCI.26.1229
