optische detectie van verbindingen

[oogapp0ltje]

Ik heb zoals vele mensen een allergie. Doordat ik een jaar geleden in Parijs per ongeluk walnoten heb gegeten geraakte ik in shock, gelukkig is alles weer goed gekomen. Sindsdien vraag ik in restaurants altijd naar eten zonder de producten waar ik allergisch voor ben en lees ik de ingredienten op verpakkingen.

Ik vroeg me af of er eigenlijk een manier is om voedsel te detecteren op allergenen dmv. een handzaam apparaat. Het gaat mij hier eigenlijk niet om enkel de toepasbaarheid op dit gebied. Mensen met een bepaald ziektebeeld mogen naast hun medicijnen bepaalde suplementen niet nuttigen tbv. hun genezingsproces. Met een apparaatje dat voedsel kan detecteren op verboden ingredienten zouden er geen dingen meer kunnen mislopen. Het apparaatje zou de gevonden stoffen kunnen vergelijken met het ziektebeeld van de patient en op basis van die gegevens een waarschuwing geven.

Zover ik weet geschied detectie van verbindingen en stoffen in de chemie door (correct me if i'm wrong): Massaspectrografie, gas/papier/dunnelaag- chromatografie of indicatorpapier. Het apparaatje waar ik over fantaseer gaat nog een stapje verder, zou het mogelijk zijn om op optische wijze de molecuulstructuur van een stof te achterhalen mbv. bijvoorbeeld laserlicht? Zou het mogelijk zijn de molecuulstructuur op afstand te detecteren door het meten aan de golflengte van de stof?

Op de havo heb ik met scheikunde weinig kaas gegeten van chromatografische/spectrografische methoden, wel weet ik dat iedere stof een eigen golflengte heeft. Ik weet ook dat men de chemische samenstelling van sterren kan achterhalen door het meten aan roodverschuivingen in spectra, is zoiets niet mogelijk om uit te voeren op kleine schaal?

Ik stel me een apparaatje voor dat laserlicht uitzend onder een kleine hoek, er is geen enkele stof die 100% van het licht absorbeerd, een gedeelte van het uitgestraalde licht wordt door de stof dan ook weerkaatst. Stel dat dit weerkaatste licht weer kan worden opgevangen door het apparaatje en vervolgens mbv. een prisma een spectrum kan worden verkregen. Een lichtgevoelige CCD chip zou dan die kleuren van het spectrum kunnen detecteren. Vervolgens zou een stukje software kunnen uitrekenen om wat voor stoffen/elementen het gaat. Ik bedenk me nu dat deze methode alleen de elementen zou kunnen vinden waaruit de stof is opgebouwd en niet de molecuulstructuur... Misschien zou deze methode icm. een meting aan de golflengte van de stof een preciezere uitkomst kunnen geven.

Ja ik weet het, het is misschien al laat en ik loop een beetje te fantaseren over een soort 'tricorder' uit Star Trek, maar ik vroeg me af of zoiets eigenlijk mogelijk is, ik heb het hierbij niet over de practische bezwaren. Tenslotte zou een apparaatje als dit niet werken in bijv. een vochtige omgeving.

[RikTW]

Ik wist dat ik laatst over zoiets wat gelezen had, ff gezocht en dit gevonden: Lab-on-a-chip:
http://www.tno.nl/nieuws/...februari_2004/tw1_19.html
Is weliswaar niet echt wat bedoelt (tenzij je bereid bent de stoffen eerst in je bloed te laten komen om te kunnen testen ) maar komt wel in de buurt denk ik.
Een optisch systeem lijkt me lastig vanwege diversiteit van het monster/monstermatrix (zal heel veel piekjes gaan laten zien als het al lukt om iets te meten met een draagbaar apparaatje)

[Henk007]

Heel leuke fantasie, maar op het moment nog science fiction.

wel weet ik dat iedere stof een eigen golflengte heeft

Elke verbinding heeft een heel spectrum van absorptie- en emissiegolflengtes over het gehele gebied van microgolfstraling tot gammastraling. Bovendien worden deze spectra nog eens wederzijds beïnvloed als het een mengsel van stoffen betreft.
In een laboratorium worden de door TS genoemde technieken in zekere zin wel degelijk toegepast: o.a. IR en UV/vis spectrometrie, UV fluorescentie spectrometrie, Röntgen diffractie enz.
Helaas is het niet mogelijk om in een topic op dit forum alle analysetechnieken toe te lichten.

[MSalters]

Spectrometrie werkt niet in deze situatie, omdat er teveel mogelijke stoffen zijn, en de allergenen relatief laag geconcentreerd kunnen zijn.

Ik zie eerder gebeuren dat allergie-patienten een persoonlijke biochemische test krijgen. Die zou in eerste aanleg net zo werken als je eigen reactie, en dus op dezelfde stoffen reageren. Dit betekent waarschijnlijk dat je daarvoor cellen uit je eigen immuunsysteem moet klonen. Vervolgens moet je die cellen dan manipuleren, zodat je snel kunt vaststellen dat ze werken. Dit zou bijvoorbeeld kunnen door een 2-componenten kleurstof, ene helft in je testcellen, andere helft in oplossing, en een gen wat de cel afbreekt als het allergeen gezien is. Als er veel kleurstof ontstaat is er dus een allergeen gezien. Toekomstmuziek, maar over 10 jaar zou het best kunnen.

Het enige probleem wat ik zie is dat veel allergenen pas in de spijsvertering ontstaan.

[RikTW]

Het kloneren van cellen lijkt me nou niet meteen nuttig in dit geval. Veel waarschijnlijker zijn tests die gebaseerd zijn op het binden van antilichamen aan eiwitten die specifiek zijn voor bepaalde ingredienten (in dit geval walnoot). Dit soort toepassingen zijn volgens mij in principe te realiseren met een "Lab-on-a-chip" (zie eerdere post), mits je (1) de juiste antilichamen kunt opsporen en (2) je het monster in waterige oplossing hebt (wat nog niet triviaal is als je in een restaurant zit en je snel even je testje wilt doen).
Ik verwacht in ieder geval ruim binnen tien jaar wel toepassingen voor deze methodes

[ Voor 5% gewijzigd door RikTW op 01-08-2004 02:20 ]

[MSalters]

Goed punt, 90% van de allergieen is van een "standaard" variant. Nou lijkt me de waterige oplossing het probleem niet, laat dat maar aan een ingenieur over. Gewoon een reageerbuisje met de benodigde vloeistoffen achter folie, en een dekseltje met scherpe messen. Eten op de folie, mesjes erdoor heen stampen, deksel dicht, schudden, aflezen. Alleen is dan je eten koud

[hufkes]

MSalters schreef op 01 augustus 2004 @ 02:51:
Goed punt, 90% van de allergieen is van een "standaard" variant. Nou lijkt me de waterige oplossing het probleem niet, laat dat maar aan een ingenieur over. Gewoon een reageerbuisje met de benodigde vloeistoffen achter folie, en een dekseltje met scherpe messen. Eten op de folie, mesjes erdoor heen stampen, deksel dicht, schudden, aflezen. Alleen is dan je eten koud

en precies dat is nu juist het probleem bij een dergelijke on-the-fly analyse fantasie, het is eigenlijk niet mogelijk om a) voor alle voedsel hetzelfde oplosmiddel te gebruiken en b) een standaard representatieve hoeveelheid van je voedsel in je lab-on-a-chip te brengen

Voor sommige dingen kun je vast wel een relatief makkelijke detectiemethode verzinnen, maar een walnoot in een mengsel (=eten ) waar andere olie in verwerkt zit reageert anders dan wanneer deze in een waterig mengsel zit.
Je idee van mbv van licht iets detecteren is ook leuk bedacht, maar vergeet niet dat je ook daarvoor een representatieve hoeveelheid stof moet hebben die iedere keer gelijk is en bovendien is een dergelijke detectie vrijwel onmogelijk omdat er altijd een samenspel met de overige ingredienten is die niet rechtevenredig te herleiden zal zijn.

Te veel uitzonderingen dus, want wanneer er bijv. kerrie in je eten verwerkt zit moet je lab zus-en-zo doen, maar wanneer er daarentegen paprikapoeder in verwerkt zit zal het pas bij een temeratuur van 400 graden gedetecteerd kunnen worden en als het er beide in zit zal er altijd een detectie komen of er nu wel of geen walnoot in zit etc. etc. etc. Voedsel is chemisch gezien vaak dusdanig gevarieerd (denk aan kerrie uit land a heeft max 35% overeenkomstige stoffen met wat wij eveneens kerrie noemen maar uit land b komt en een écht rijpe walnoot heeft wel die-en-die stof waar jij nu net allergisch voor bent, maar een nog niet helemaal rijpe heeft die stof niet....) dat een dergelijk universeel apparaatje echt duizenden tests zal moeten doen met steeds weer andere methoden dat ik niet gauw zoiets verwacht.

[Rey Nemaattori]

Ravenof schreef op 01 augustus 2004 @ 01:12:
Op de havo heb ik met scheikunde weinig kaas gegeten van chromatografische/spectrografische methoden, wel weet ik dat iedere stof een eigen golflengte heeft. Ik weet ook dat men de chemische samenstelling van sterren kan achterhalen door het meten aan roodverschuivingen in spectra, is zoiets niet mogelijk om uit te voeren op kleine schaal?

Ik stel me een apparaatje voor dat laserlicht uitzend onder een kleine hoek, er is geen enkele stof die 100% van het licht absorbeerd, een gedeelte van het uitgestraalde licht wordt door de stof dan ook weerkaatst. Stel dat dit weerkaatste licht weer kan worden opgevangen door het apparaatje en vervolgens mbv. een prisma een spectrum kan worden verkregen. Een lichtgevoelige CCD chip zou dan die kleuren van het spectrum kunnen detecteren. Vervolgens zou een stukje software kunnen uitrekenen om wat voor stoffen/elementen het gaat. Ik bedenk me nu dat deze methode alleen de elementen zou kunnen vinden waaruit de stof is opgebouwd en niet de molecuulstructuur... Misschien zou deze methode icm. een meting aan de golflengte van de stof een preciezere uitkomst kunnen geven.

Ja ik weet het, het is misschien al laat en ik loop een beetje te fantaseren over een soort 'tricorder' uit Star Trek, maar ik vroeg me af of zoiets eigenlijk mogelijk is, ik heb het hierbij niet over de practische bezwaren. Tenslotte zou een apparaatje als dit niet werken in bijv. een vochtige omgeving.

Of in een omgeving met lucht Luchtmoleculen zouden een flinke meetonzekerheid toevoegen, nog maarniet te spreken over het feit dat je ieder stuk weten moet checken, groenten, aardappelen of rijst, vlees, jus, toetje. Kan nogal beledigend over komen op de kok als je alles onder een electronenmicroscoop gooit.

De roodverschuiving in het licht van sterren meet niet de chemische samenstelling, dat heeft alleen te maken met het dopplereffect. Aan de hand van het spectrum detecteerd men pieken die overeen komen met op aarde getestte pieken van stoffen. Op die manier zou het dus mogelijk zijn om stoffen te detecteren, maar eten geeft, vooralsnog geen licht

Hoe zou me niet verbazen als zulke apparaatjes al in ontwikkeling zijn, niet alleen voor allergische mnsen. Maar ook de technische researche zou veel baat hebben bij zulke apparaten en nog veel meer vakgebieden.

[MSalters]

hufkes schreef op 01 augustus 2004 @ 03:15:
[...]

en precies dat is nu juist het probleem bij een dergelijke on-the-fly analyse fantasie, het is eigenlijk niet mogelijk om a) voor alle voedsel hetzelfde oplosmiddel te gebruiken en b) een standaard representatieve hoeveelheid van je voedsel in je lab-on-a-chip te brengen

Dat is het verkeerde probleem oplossen. Een alergiepatient hoeft de concetratie niet met 3 cijfers achter de komma te weten, het eerste cijfer is al voldoende.

Voor sommige dingen kun je vast wel een relatief makkelijke detectiemethode verzinnen, maar een walnoot in een mengsel (=eten ) waar andere olie in verwerkt zit reageert anders dan wanneer deze in een waterig mengsel zit.
Je idee van mbv van licht iets detecteren is ook leuk bedacht, maar vergeet niet dat je ook daarvoor een representatieve hoeveelheid stof moet hebben die iedere keer gelijk is en bovendien is een dergelijke detectie vrijwel onmogelijk omdat er altijd een samenspel met de overige ingredienten is die niet rechtevenredig te herleiden zal zijn.

Het idee van lichtabsorptie kwam van de TS, niet van mij. Evengoed denk ik dat er geen issue is: als die walnoot niet reageert, dan reageert die niet en heeft de allergiepatient er dus geen last van. Het probleem is simpelweg de reactieve allergenen te vinden, voordat ze in het lichaam komen. De walnoot zelf hoef je niet aan te tonen. En die allergenen wil je dus aantonen door de reatie die in het lichaam plaatsvind eerst daarbuiten te laten gebeuren.

Te veel uitzonderingen dus, want wanneer er bijv. kerrie in je eten verwerkt zit moet je lab zus-en-zo doen, maar wanneer er daarentegen paprikapoeder in verwerkt zit zal het pas bij een temeratuur van 400 graden gedetecteerd kunnen worden en als het er beide in zit zal er altijd een detectie komen of er nu wel of geen walnoot in zit etc. etc. etc. Voedsel is chemisch gezien vaak dusdanig gevarieerd (denk aan kerrie uit land a heeft max 35% overeenkomstige stoffen met wat wij eveneens kerrie noemen maar uit land b komt en een écht rijpe walnoot heeft wel die-en-die stof waar jij nu net allergisch voor bent, maar een nog niet helemaal rijpe heeft die stof niet....) dat een dergelijk universeel apparaatje echt duizenden tests zal moeten doen met steeds weer andere methoden dat ik niet gauw zoiets verwacht.

En dat is nou precies waarom je niet de walnoot wil aantonen, maar de allergenen. Als je net een andere batch kerriepoeder hebt, waar je toevallig wel tegenkunt, dan is het niet erg als je detectie het mist. Daarom was mijn eerste idee ook gebaseerd op lichaamseigen cellen, dat is uiteindelijk het criterium.

[Verwijderd]

Mee eens. Je probeert een allergene reactie te voorspellen, niet te bepalen wat er allemaal in die walnoot zit. Dat laatste is hoe dan ook niet te doen zonder een chemisch laboratorium... Dus is de eenvoudigste manier toch de immuunreactie kunstmatig nadoen. Ik zou alleen niet proberen te werken met levende cellen: Een chip gecoat met geisoleerde antilichamen zou voldoende moeten kunnen zijn in de toekomst om (voldoende) interactie tussen deze antilichamen en stoffen uit het voedsel aan te tonen.

Waarmee natuurlijk wel het probleem overblijft dat je eigenlijk je eigen maag/darminhoud of zelfs bloed zou moeten analyseren omdat veel allergenen pas in het lichaam ontstaan. Hou je dat op zou moeten lossen, weet ik echt niet. Ik kan me wel voorstellen dat voor veelvoorkomende allergieen standaard-chips gebaseerd op antilichamen gemaakt zullen worden.

[RikTW]

Verwijderd schreef op 08 augustus 2004 @ 22:56:
Mee eens. Je probeert een allergene reactie te voorspellen, niet te bepalen wat er allemaal in die walnoot zit. Dat laatste is hoe dan ook niet te doen zonder een chemisch laboratorium...

[andere steekhoudende argumenten]

Ik kan me wel voorstellen dat voor veelvoorkomende allergieen standaard-chips gebaseerd op antilichamen gemaakt zullen worden.

TS weet waarvoor hij allergisch is, het is dus niet nodig om een allergene reactie te voorspellen (dat gaat trouwens toch niet lukken, tenzij je een lab gebruikt dat net zo complex is als het 'organisme' (TS dus) zelf).
Om de stoffen te vinden die de *bekende* allergische reactie opwekken kun je deze dus gewoon laten binden aan antilichamen, het gaat dan gewoon om een beperkt aantal marker-eiwitten, prima te doen dus als je deze eiwitten kent en je het eten in oplossing kan krijgen onder tafel

[Verwijderd]

TS weet waarvoor hij allergisch is, het is dus niet nodig om een allergene reactie te voorspellen

Ik bedoelde: "Te voorspellen of een voedingsmiddel X met gedeeltelijk onbekende inhoud een allergische reactie gaat geven"

[RikTW]

Verwijderd schreef op 09 augustus 2004 @ 01:38:
[...]


Ik bedoelde: "Te voorspellen of een voedingsmiddel X met gedeeltelijk onbekende inhoud een allergische reactie gaat geven"

Maar om dat te voorspellen hoef je maar te kijken naar een paar eiwitten, wat voor andere meuk er allemaal in het eten zit doet er niet toe.
Je hoeft dus de allergische reactie zelf niet terug te vinden, na te bootsen of wat dan ook, het enige dat je wilt is een paar eiwitten aantonen en dat kan toevallig heel goed, zelfs op credit card formaat.