Kinderlezingen

Aan de UvA onderzoekt Hink de werking van menselijke cellen met behulp van microscopen. Ook ontwikkelt hij nieuwe microscopische technieken waarmee hij tot in steeds kleiner detail kan zien hoe alle onderdelen en stofjes in cellen hun werk doen. Tijdens deze NEMO Kinderlezing legt hij uit hoe lenzen werken, hoe licht breekt, wat contrast is en resolutie. En tot slot vertelt hij de kinderen dat er verschillende soorten microscopen zijn die werken met fluorescentie of elektronen.

Wat noem je ‘klein’

Als eerste wil hij zijn jonge publiek inzicht geven in wat ‘onzichtbaar kleine dingen’ precies zijn. Hij toont een plaatje van Californische redwood-bomen. “Daar heb je geen microscoop voor nodig”, zegt hij. “Die zijn 100 meter hoog.” Ook heb je geen microscoop nodig om een vinvis, huiskat, mier of vlo te kunnen zien. “De haren op je arm zijn de grens van wat je met je blote oog kunt zien”, vertelt hij. “Die zijn 0,1 millimeter dik.”

Maar met microscopen is het mogelijk verder in te zoomen op kleine dingen. Hink toont plaatjes van plantencellen en bacteriën (beide 5 micrometer groot), eiwitten (enkele nanometers) en atomen (0,1 nanometer).

Licht is belangrijk

Daarna maakt Hink duidelijk waarom je grote - of extreem kleine - dingen alleen kunt zien met behulp van licht. Hij toont daarbij een plaatje van de zon. “De lichtbundels van de zon bereiken je oog, en dus zie je de zon. Maar hoe kan het dat je een tafel, die zelf geen licht uitstraalt, tóch kunt zien?” vraagt hij. Een meisje steekt haar vinger de lucht in en geeft helder, het juiste antwoord: “Licht weerkaatst via de tafel naar je oog toe en daarom zie je de tafel.”

Het is tijd voor een eerste proefje. Hink doet het licht uit, neemt een groene laserpen en schijnt die op een zwart stuk karton dat Nikki (de medewerker van NEMO) vasthoudt. Op het karton is een groen stipje te zien, maar de lichtbundel zelf is onzichtbaar. Daarom strooit hij wat bakpoeder in de lucht. Het groene licht weerkaatst nu op de zwevende deeltjes poeder en maken de groene lichtbundel wél zichtbaar.

Lenzen

“Lichtstralen gaan altijd rechtdoor, tenzij ze gebroken worden”, vertelt Hink. “Dat kan gebeuren wanneer licht door een ander materiaal dan lucht gaat. Door water of door glas bijvoorbeeld.” Om dat te illustreren krijgen de kinderen een papieren bekertje met een muntje op de bodem gelijmd. Hink geeft ze de opdracht het bekertje voor hun oog te houden, en een beetje te kantelen, zodanig dat het muntje net achter de rand van de beker verdwijnt. Dan mogen ze wat water in het kopje gooien. “Ik zie het muntje opeens wel!” roept een jongen enthousiast.

“In microscopen gebruiken we dit principe ook, maar dan gebruiken we ovaal geslepen glas”, vertelt Hink en laat een plaatje zien van een lens waardoor lichtbundels worden omgebogen naar een brandpunt. “Dat heet focusseren”, zegt hij. "Als je een loep gebruikt, zie je op dat focuspunt dingen het scherpste".

Contrast en resolutie

Naast licht en lenzen, zijn ook contrast en resolutie belangrijk om dingen onder een microscoop te kunnen zien. Voor contrast moet het verschil tussen het object en de omgeving zo groot mogelijk zijn. Om dat te illustreren toont Hink een foto van een zebra in een grasveld en foto van een zebra voor zebra-behang. “Bij de foto van het gras zijn de kleur en de vorm van het object en omgeving anders. Dat is een groot contrast”, zegt hij. “Maar bij de zebra die voor het zebra-behang staat, zijn beide patronen hetzelfde, daarop is de zebra moeilijk te herkennen”, zegt hij.

De mate waarin je twee punten van elkaar kunt onderscheiden heet ‘resolutie’. Dat hangt af van de scherpte van de beelden. Hij legt dat uit met behulp van twee foto’s van een hondje. Eén foto heeft een hoge resolutie, de ander een lage. Zodra hij inzoomt op de foto’s wordt het onderscheid tussen verschillende kleuren en vormen steeds waziger. Bij de lage resolutie-foto is het onmogelijk de snorharen van de hond nog goed te kunnen zien. Terwijl de snorharen op de hoge resolutie-foto nog wel van elkaar te onderscheiden zijn.

Lichtgevende kwallen

Dan mogen de kinderen zelf door een microscoop kijken. Iedereen krijgt er eentje. “Kijk maar naar je kleding, de bank of je toegangskaartje!” roept Hink. En dat doen ze. Maar niet alleen dat. Ze bekijken ook hun eigen arm- of beenhaar, elkaars hoofdhuid, de zool van hun schoenen, nagels en de vloerbedekking.

De microscopen die Mark Hink in zijn lab gebruikt, zijn natuurlijk vele malen beter dan deze kindermicroscoopjes, maar toch lopen ook de professionele microscopen tegen grenzen aan. “Bij mij in het laboratorium hebben we wel eens het probleem dat we niets zien door de microscoop”, vertelt Hink. “Dat gebeurt wanneer de cellen die we bestuderen te dik zijn. Het licht kan er dan niet doorheen.” Daar hebben hij en zijn collega’s iets op bedacht. Ze voegen fluorescerende eiwitten aan de cellen toe die ze willen onderzoeken. “Die eiwitten hebben we gehaald uit een kwal uit de Grote Oceaan. De eiwitten geven groen, blauw of rood licht.”

Hij laat een paar afbeeldingen en filmpjes zien die hij in zijn lab gemaakt heeft voor wetenschappelijk onderzoek. Op een foto staat een hersencel, die bestaat uit een bolletje met daaruit lange staarten, ook wel dendrieten genoemd. “Voor onderzoekers is het soms lastig te zien welke staart aan welk bolletje vastzit. Dus wanneer we elke hersencel een andere kleur geven kunnen we volgen welke staart bij welk bolletje hoort”, legt hij uit. Terwijl hij een volgend plaatje laat zien met duizenden hersencellen in tientallen verschillende kleuren.

Voor het ‘echie’

Op het podium staat een echte professionele fluorescentie-microscoop. Hink legt een glasplaatje met een monster van cellen onder de lens. Wanneer hij de lamp van de microscoop aanzet verschijnen er wittige vlekken op het beeldscherm. Nadat hij wat aan de knop gedraaid heeft, is het beeld scherp en zijn de duidelijk cellen te zien. “We hebben verschillende onderdelen van deze cellen met andere kleuren gekleurd. Wat je nu ziet zijn de energiefabriekjes van de cellen. Die zitten buiten de celkernen”, beschrijft hij. “Maar we kunnen ook het cytoplasma tonen en filamenten, dat is de structuur van een cel, te vergelijken met pilaren die een gebouw rechtop houden.”

Nieuwe soorten microscopen

Er worden nog steeds nieuwe typen microscopen ontwikkeld, vertelt Hink . Naast fluorescentiemicroscopen zijn er ook elektronenmicroscopen. Die gebruiken elektronen in plaats van licht en magneten in plaats van lenzen. Hij laat foto’s zien van een vliegenoog en een virus. Het beeld is inderdaad vele malen scherper dan dat van een fluorescentie microscoop. “Elektronenmicroscopen zijn duizend keer beter dan fluorescentie-microscopen. Het nadeel is alleen dat je er geen levende cellen mee kunt onderzoeken”, zegt hij. “Alleen dode.”

Toch verwacht hij dat de fluorescentie-microscopie ook steeds beter wordt. In 2014 werd er nog een Nobelprijs uitgereikt aan drie onderzoekers die een manier bedachten om de resolutie te verhogen. En daarnaast werkt hijzelf aan technieken om de fluorescente eiwitten te verbeteren, zodat ze niet alleen langer in cellen licht blijven geven, maar ook informatie kunnen geven over veel kleinere eiwitten die in cellen bewegen.

Open dag in het lab van Mark Hink

Als laatste nodigt Mark Hink de kinderen uit om nog even door de microscoop op het podium te komen kijken. Ook vertelt hij dat binnenkort de Dag van de wetenschap is. Op 5 oktober 2019 opent het Science Park zijn deuren voor bezoekers. Ook zijn eigen lab is dan te bezoeken.