Wie is Michel Orrit?

| NWO-Spinozalaureaten 2017
Wie is Michel
Orrit?
1956 geboren op 27 februari in Toulouse
1979 studeert af in natuurkunde aan de
Ecole Normale Supérieure Parijs
1984 promoveert op fotodynamica in moleculaire
kristallen
1985 Humboldt Fellow aan het Max-Planck-Institut
für Biophysikalische Chemie in Göttingen
1985 Hughes Prize van de Franse Académie des
Sciences
1986 in dienst van het Centre National de
Recherche Scientifique (CNRS) bij de Université
de Bordeaux
1993 onderzoeksdirecteur in dienst van het CNRS
bij de Université de Bordeaux
1998 Prix Langevin van de Franse Académie des
Sciences
1998 Hans-Sigrist-Preis van de Universität Bern,
Zwitserland
2000 Gay-Lussac-Humboldt-Preis van de
Alexander von Humboldt Stiftung
2001 hoogleraar Spectroscopie van moleculen in
gecondenseerde materie bij de Faculteit
Wiskunde en Natuurwetenschappen van de
Universiteit Leiden
2007 Karl Friedrich Bonhoeffer lezing en medaille,
Duitsland
2010 Harkins Lecture aan de University of Chicago
2012 een van de trekkers van het Zwaartekracht
programma NanoFront dat 50,9 miljoen euro
verwerft
2015 Grand Prix Léon Brillouin van de
Société Francaise d’Optique
2016 Edison Volta Prize van de European Physical
Society
2016 Physicaprijs van de Stichting Physica
| Michel Orrit
‘Wij zijn zelf een één-molecuul experiment’
Individuele moleculen in beeld
Afzonderlijke moleculen zijn te klein om te zien. Michel Orrit, hoogleraar Spectroscopie van Moleculen in
Gecondenseerde Materie aan de Universiteit Leiden, ontwikkelt methoden en technieken om het dynamische
gedrag van afzonderlijke organische moleculen in beeld te brengen. Hij ontvangt in 2017 een NWO-Spinozapremie
van 2,5 miljoen euro.
Tekst: Huub Eggen, beeld: Ivar Pel
Je wetenschappelijke carrière begon met fysisch onderzoek
kunt veranderen. Je hebt een systeem waar je aan kunt
aan moleculaire kristallen. Wat zijn dat voor kristallen?
sleutelen.’
‘Deze kristallen zijn periodieke bouwwerken van
identieke moleculen, waarvan de eigenschappen een
Dat voedde je belangstelling voor het onderzoeken van
directe invloed hebben op die van het kristal. Je kunt
afzonderlijke moleculen?
die kristallen ‘verontreinigen’ met gastmoleculen met
‘Zoiets gaat geleidelijk. Omdat er een chemische
verschillende eigenschappen. Aan een p-terphenylkristal
kant aan moleculaire kristallen zit, kijk je ook naar
bijvoorbeeld kun je verontreinigingen van pentaceen
ontwikkelingen in de chemie. In de jaren tachtig werden
toevoegen, met concentraties van typisch één
experimenten gedaan met moleculaire kristallen met
pentaceenmolecuul op een miljoen of een miljard
kleurstofmoleculen erin. Die kleurstofmoleculen nemen
p-terphenylmoleculen. Dat zijn er zo weinig dat je daar
bij specifieke golflengten, dus kleuren, energie uit het
dan single-molecule spectroscopie aan kunt doen. Voor
licht op en zo ontstond de gedachte dat je afzonderlijke
mijn afstuderen onderzocht ik het kwantumgedrag
moleculen zou moeten kunnen waarnemen door te
van reflectie en emissie van ultraviolet door een
kijken naar absorptie van licht als je een kristal met een
anthraceenkristal. Voor mijn promotie heb ik met
laser bestraalt. De opgenomen lichtdeeltjes – fotonen
behulp van licht gekeken hoe in anthraceenkristallen
– worden ook weer uitgestraald. Dat noemen we
verstoringen bij het oppervlak zich gedragen. Echt
fluorescentie. Na mijn promotie ben ik postdoctoraal
fysisch onderzoek. Bijzonder aan moleculaire kristallen
onderzoek gaan doen in Duitsland en daar kregen we
is dat je de eigenschappen van de moleculen chemisch
het volgende idee. Sommige moleculen – wij werkten
| NWO-Spinozalaureaten 2017
met vetzuur en kleurstofmoleculen – mengen heel
heel lage temperaturen en dan krijg je gemakkelijk de
slecht in hun oplosmiddel. Je krijgt dan eilandjes van
scherpe pieken die we maten. Maar als je aan organische
kleurstofmoleculen in het kristal. Als je die met licht
moleculen meet, wil je dat natuurlijk het liefste bij
beschijnt, kun je met kwantummechanica berekenen
kamertemperatuur doen. Dan gedragen de moleculen
dat een deel van de eerst geabsorbeerde en daarna
zich zoals ze in de natuur doen. Alleen wordt dan de
weer weggestraalde lichtdeeltjes liever eerst een
werkzame doorsnede van je fluorescentiekern een
molecuul met een gunstige energietoestand in de
miljoen keer kleiner dan bij die lage temperaturen. Met
directe omgeving op het eilandje opzoekt. Dat neemt
spectroscopie verdwijnt je signaal in de ruis. Wat we
die fotonen op en zendt ze daarna alsnog uit. Je krijgt
toen over het hoofd zagen is dat je die kernen met de
een versterkt lichtsignaal, van één molecuul. In 1990
heel goede microscoopobjectieven, die je ook toen al
gebruikten we een vergelijkbaar idee, maar we brachten
had, wél kunt zien. Dus dat je ook bij kamertemperatuur
toen alleen het toegevoegde ‘onzuivere’ molecuul aan
een goede resolutie kunt bereiken.’
het fluoresceren, zonder de omringende moleculen
in het eiland aan te slaan. Dat hebben we toen
Jouw methode is wel de standaard geworden.
gepubliceerd.’
‘Omdat het concept zo eenvoudig was zijn er snel
allerlei toepassingen voor ontwikkeld. Tegenwoordig
Dat is conceptueel heel mooi en overtuigend, maar er hangt
werkt iedereen zo. Het is ook de reden dat je nu voor
een net gemiste Nobelprijs aan.
nog geen duizend euro in een middag tijd het menselijk
‘Ja, William Moerner publiceerde in 1989 zijn
genoom in kaart kunt brengen. Ons onderzoek uit 1990
beroemde metingen aan de absorptie van licht door
heeft de basis gelegd voor allerlei technieken die single-
kleurstofmoleculen en zag als eerste afzonderlijke
molecule spectroscopie en single-molecule biologie
moleculen. Zijn signaal verdronk wel bijna in de ruis
als nieuwe vakgebieden hebben ontsloten. Sinds de
en als je er achteraf naar kijkt is het eigenlijk ook niet
eerste helft van jaren negentig is er in de katalyse,
erg overtuigend. Hij kreeg er in 2014 de gedeelde
het materiaalonderzoek, het oppervlakteonderzoek
Nobelprijs voor de scheikunde voor. Mijn methode geeft
en vooral in de biologie grote belangstelling voor
een veel overtuigender resultaat. Het is een beetje
deze methoden ontstaan. Ook wij gaan steeds meer
stom geweest dat ik niet meteen heb geprobeerd ons
biologisch relevante moleculen onderzoeken. Van
idee te publiceren. Ik was nog jong en dan denk je
eiwitten bijvoorbeeld weten we nog steeds niet hoe die
dat je toch geen kans maakt om het in een vakblad
nu precies werken. Waardoor leidt een mechanische
geaccepteerd te krijgen. Ik was op dat moment ook niet
actie aan één uiteinde van zo’n molecuul tot de actie die
geïnteresseerd in de superresolutie die je hiermee kunt
we aan het andere uiteinde zien? Als mens zijn wij ook
bereiken. Later hebben we nog een andere doorbaak
een single-molecule experiment, met ons DNA-molecuul
over het hoofd gezien. Wij werkten in Bordeaux bij
waarmee alles begint.’
| Michel Orrit
Wat ga je doen, met die tweeënhalf miljoen?
halen. Daardoor gaat het onderzoek wel langzaam en
‘Het werk van mijn promovendus Rob Zondervan van
dat hoop ik nu te kunnen versnellen.’
ruim tien jaar geleden systematisch uitbreiden naar
onderzoek aan moleculen in levensprocessen. Rob heeft
Wat is de relevantie van je onderzoek?
indertijd een methode ontwikkeld om diepgevroren
‘Voor mij vooral wetenschappelijk. We kunnen
monsters met daarin dynamische moleculen
processen van biologisch relevante moleculen bij
afwisselend heel even op te warmen, weer snel af te
kamertemperatuur onderzoeken. Ziektes als alzheimer
koelen, opnieuw op te warmen, enzovoorts. Bij lage
en Creuzfeldt-Jakob hebben te maken met verkeerd
temperatuur deed hij fluorescentiemetingen, bij hoge
vouwende moleculen. Dat vouwen kunnen wij helpen
temperatuur kwamen de natuurlijke processen van de
ontrafelen. In de biologie is alles heel heterogeen; je
moleculen weer op gang. Als je meteen hierna weer
moet kunnen meten aan uiteenlopende moleculen
snel afkoelt, bevries je de situatie. Dan deed hij opnieuw
en aan heel kleine hoeveelheden. Dat kan met onze
fluorescentiemetingen. Dit kun je een hele tijd herhalen.
methoden. Voor toepassing van wat we ontwikkelen
Zo krijg je als het ware een filmpje van de veranderingen
zorgen anderen, en wel beter dan wij. Ik wil vooral
in de oriëntatie van het molecuul. Dat geeft informatie
onderzoekers begeleiden en onze kennis in de
over zijn dynamische gedrag. Normaal verbleekt
wetenschappelijke wereld verbreiden.’
fluorescentie na een tijdje maar we ontdekten dat bij
lage temperaturen de fluorescentie veel langer duurt.
Is kijken naar moleculen wat je ooit wilde gaan doen?
Tegenwoordig kunnen we tot uren achter elkaar meten.
‘Als kind hield ik erg van de natuur en wilde ik
We kunnen ook de fluorescentie van een kleurstof met
dierenarts worden. Scheikunde vond ik ook heel mooi.
behulp van nanostaafjes van goud versterken.
In mijn jeugd heb ik eindeloos chemische proefjes
— Als kind hield ik erg van de natuur en
wilde ik dierenarts worden —
gedaan. Op school gingen natuurkunde en scheikunde
heel goed, maar ik kon lastig kiezen. Daarom heb
ik eerst een paar jaar een soort ingenieursopleiding
gedaan. Uiteindelijk ben ik toch natuurkunde gaan
Die nanodeeltjes zijn extreem kleurbestendig. De
doen. Mijn belangstelling voor chemie bracht me bij
staafjes hecht je aan je moleculen. Met technieken als
moleculaire kristallen. Daar komen allerlei vakgebieden
nabije-veldoptica kun je die staafjes goed lokaliseren
bij elkaar: kwantummechanica, gewone mechanica,
en daarmee de positie van de moleculen waar je ze
thermodynamica, oppervlaktefysica, spectroscopie.
aan gehecht hebt. Zo kun je vormveranderingen in de
Dat spreekt me nog altijd aan. Ik ben niet “pur-et-dur”
moleculen volgen. Experimenteel is dit allemaal lastig. Ik
zoals we in Frankrijk zeggen, niet hardcore. Ik voel me
laat onze promovendi daarom ook altijd andere dingen
gelukkig bij multidisciplinair werk.’
doen, om te voorkomen dat ze te weinig resultaten