Nanodeeltjes zijn hot onderzoeksmateriaal, maar ze maken is nog best lastig. Start-up VSParticle ontwikkelde een manier om ze snel, eenvoudig en in elke gewenste omvang te creëren. ‘Hiervoor gebruiken wij een puur fysisch proces dat uniek is in de wereld.’

Piepkleine nanodeeltjes – tussen de 1 en 100 nm groot – vinden inmiddels hun weg in duurzame energietechnieken, innovatieve geneesmiddelen, ultragevoelige sensoren en supersnelle katalyse. Maar de deeltjes maken is voor de meeste onderzoekers lastig en tijdrovend. Bovendien zijn ze vaak niet klein genoeg. Dat komt doordat de bestaande technieken voor nanodeeltjesproductie zijn gebaseerd op chemische recepten.

De Delftse start-up VSParticle besloot het over de fysische boeg te gooien. Het bedrijf ontwikkelde de VSP-G1 nanoparticle generator, waarbij je met een dragergas en twee elektrodes nanodeeltjes van als 0 tot 20 nm kunt maken.

Vonkje van 20.000 °C

De zogenoemde spark ablation-technologie vond haar oorsprong in het lab van Andreas Schmidt-Ott, hoogleraar chemische technologie aan de Technische Universiteit Delft. ‘Daar ontdekte hij dat een vonkje, gemaakt door een elektrisch signaal, van bijna 20.000 °C heel precies een stukje van het oppervlak van twee metalen elektrodes kan doen verdampen’, vertelt Vincent Laban, chief financial officer en head of sales van VSParticle. ‘Vervolgens neemt de gasstroom de metaaldamp mee, waarbij die deeltjes weer condenseren. Je kunt de gevormde nanodeeltjes opvangen en direct deponeren op het gewenste substraat.’

De techniek biedt veel voordelen boven de huidige chemische methodes om nanodeeltjes te maken. ‘Zo kun je veel verschillende materialen gebruiken als bronmateriaal voor je deeltjes’, zegt Laban. ‘Een voorbeeld: goud en ijzer mengen eigenlijk niet goed als je ze samensmelt. Maar met spark ablation krijg je het wel voor elkaar, steeds in precies dezelfde verhouding. Op die manier kun je materialen maken die nu nog niet eens bestaan.’

‘Je kunt materialen maken die nu nog niet bestaan’

Een tweede pluspunt is de reproduceerbaarheid. ‘Omdat dit een puur fysisch proces is, ben je niet afhankelijk van je recept of de invloed van temperatuur. Met dezelfde instellingen kun je steeds weer deeltjes van dezelfde grootte en samenstelling produceren, onafhankelijk van het gebruikte materiaal.’

Tot slot kun je met de nanodeeltjesgenerator ook veel sneller onderzoek doen. Je kunt in één dag samples maken met deeltjes van de gewenste grootte en het materiaal naar keuze, en direct analyseren. ‘Dat is ook echt uniek’, stelt Laban. ‘Van onderzoekers horen wij vaak dat ze voorheen lang bezig waren de juiste nanodeeltjes te verkrijgen, terwijl ze het met onze machine al binnen een dag voor elkaar kregen.’

Nieuwe toepassingen

Begin 2014 ontstond bij Schmidt-Ott het idee dat de markt wel zat te wachten op zijn nieuwe en unieke manier om nanodeeltjes te produceren. Maar omdat hij zelf vooral van het onderzoek was en minder van het ondernemerschap besloot hij masterstudent Aaike van Vugt, die toen onderzoek deed in zijn, te vragen het apparaat om te zetten in een commercieel product.

En zo kwam het dat Van Vugt, nu ceo van het bedrijf, VSParticle één dag na het behalen van zijn mastertitel oprichtte in 2014, samen met Schmidt-Ott en diens collega Tobias Pfeiffer. Later kwamen daar nog bij Tobias Coppejans, dé man achter de software van de VSP-G1 nanoparticle generator, en Laban, die de commerciële en financiële touwtjes in handen heeft. Inmiddels bestaat het team uit vijftien mensen en groeit het nog altijd.

Leuke reacties

Financieel gaat het goed, stelt Laban. ‘We begonnen in 2015 met een NanoNextNL-subsidie en een lening van onderzoeksinstelling NWO, en afgelopen december kregen we onze eerste grote investering, waarmee we zeker de komende 1,5 jaar kunnen doorgroeien.’

Dat die groei erin zit is wel duidelijk. VSParticle heeft al distributeurs in Japan, China, Taiwan, het Verenigd Koninkrijk en Spanje en is nu bezig het netwerk van gebruikers (vooralsnog vooral academici) uit te breiden naar Frankrijk, Duits­land, Scandinavië en de VS. ‘Hoe­veel apparaten we tot nu toe hebben verkocht, kan ik niet zeggen, maar onze eerste productiebatch is bijna al in zijn geheel over de toonbank gegaan’, vertelt Laban trots.

Hij zegt verder veel leuke reacties te hebben ontvangen op de technologie. ‘Een van de mooiste komt van een van onze ambassadeurs, Wilson Smith van de TU Delft. Hij en zijn team zijn bezig zonlicht direct om te zetten in waterstof. Met onze apparatuur zegt Smith nu een stuk verder te kunnen komen in zijn onderzoek. Zo ontstaan er nieuwe materiaalcombinaties met nieuwe eigenschappen.’ Laban vervolgt: ‘Dat is ook precies onze droom, onderzoekers dankzij onze technologie helpen compleet nieuwe toepassingen van nanodeeltjes mogelijk te maken.’

3D-printen

Om Labans droom verder te kunnen verwezenlijken, moet het bedrijf nog wel stappen zetten. Ten eerste moet het de technologie opschalen. ‘Daarvoor moet de output omhoog: van de 20 mg per uur die we nu maken naar minstens 1 g en uiteindelijk tientallen tot honderden grammen aan nanodeeltjes per uur’, zegt Laban. ‘Hiervoor moeten we meer vonkjes gaan produceren en ook koeling gaat op deze schaal een grotere rol spelen. Het huidige apparaat is vooral geschikt voor onderzoek en is sterk plug-and-play. Maar aan een eveneens gebruiksvriendelijke opgeschaalde versie zitten meer haken en ogen, die we nu intern oppakken.’

Uiteindelijk wil VSParticle ook kunnen 3D-printen op nanoschaal. Laban: ‘Wij willen nanodeeltjes maken met unieke eigenschappen die tot slimme componenten kunnen gaan leiden. Dit wordt mogelijk door te gaan combineren met 3D-printen. Je kunt daarbij denken aan een geprinte sensor in een telefoon, die de luchtkwaliteit kan meten. Ik verwacht dat we over vijf jaar heel wat stappen verder zijn in de richting van dit soort toepassingen.’