European centre of excellence
for sustainable water technology

Wetsus 100th PhD defense!

Published: 18 december 2018

(Nederlandse tekst zie onder)

On January 16, 2019, Wetsus will celebrate a special milestone: the 100th PhD defense since our start.
In 2005 Ronald Jansen, University of Twente, became Wetsus’ very first doctor, and also the 100th candidate, Gerwin Steen, is connected to the University of Twente. In between, 98 researchers from 23 universities, like Wageningen UR, Delft University of Technology, Eindhoven University of Technology and the University of Groningen, have earned their PhD degree through the Wetsus program.
The 100th defense will be held in Leeuwarden, and the candidate and the Wetsus Executive Board kindly invite you to attend the event. Because of the special character of this defense, the location chosen is the “Grote of Jacobijnerkerk”.

Gerwin Steen worked on a revolutionary system to measure different salts in water, using only light. Supervised by his promotor dr.ir. Herman Offerhaus, Gerwin worked in one of the 23 research themes of Wetsus on an optofluidic absorption platform for detection of inorganic ions in water. This work revolved around the question: how to measure number and type of ions present in water? Also key was the condition that a measuring device would have to be user friendly and compact sensor applicable in places that are hard to reach. Such a device is important for drinking water and industrial companies who need to monitor water quality in their processes, especially for the purpose of detecting pollutants or to optimize processes. Below you can find a further explanation about Gerwin’s research.

Gerwin will defend his thesis on January 16, 15.30 hrs, for a committee of experts on the subject. The ceremony will begin with a short explanation for the general public, the layman talk; after which the actual defense will start, followed by a reception at 17.00 hrs.

You are welcome to attend the ceremony. You can register here.


Additional information about the research project and thesis:
The purpose of Gerwin’s work was the development of an optofluidic¹ absorption² platform for detection³ of inorganic ions in water. First, the methodology was established. The absorption profiles of 16 different electrolytes with respect to the absorption of water were determined with a spectrophotometer (device to determine the absorption per wavelength). These profiles were found to be unique for the electrolytes and the signal is linearly dependent on the concentration (if the number of ions in a solution is doubled, then the absorption also doubles). This makes the method suitable for a sensor.
Second, the absorption of an electrolyte was studied when another salt was dissolved. It was concluded that the salts do influence each other, but at higher temperatures the presence of one salt has less influence on the absorption by the other salt.
Integrated optofluidic sensors were designed based on a number of boundary conditions and requirements for the sensor. Unfortunately, the first set of sensors deviated from the expected results. These chips were studied under different microscopes which revealed fabrication problems. The study led to improvements in the design. A second set (also realized by LioniX) produces results. Although more analysis is required, it can be stated that a foundation has been laid for the identification and quantification of ions in water with integrated optofluidic sensors based on absorption spectroscopy.

1 An optofluidic sensor is a sensor that utilizes optic- and fluidic components to measure something. The combined components can enable unique functionality. The sensor developed in this work has optic- and fluidic components on the micro scale (µm = 0.0001 cm). The main reason to develop an optofluidic sensor, is the desire to receive 'realtime' information on ion-concentration in water (for industry and the drinking water companies), and the possibility to use them in hard to reach places, such as in pipes.
2 The reduction of light with the length, the type, and the amount of material is called absorption. As an example coffee prepared with many beans absorbs more light than coffee with less beans (amount of material).
3 Kitchensalt (that consists of sodium- and chloride ions) can be dissolved in water, without apparent absorption-difference of light passing through water without ions. However, a meter long tube filled with water appears to be blue when looking through it. Water has a higher absorption for the red color than the blue color. Colors (wavelengths) that are more red (longer wavelengths) than the red visible for the human eyes, are called near infrared. Water absorbs wavelengths dependent, so for some wavelength more light is reduced compared to other wavelengths. An absorption spectrum shows the amount of light absorption per wavelength. The dissolving of salt in water influences the absorption spectrum of water.

----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Op 16 januari 2019 viert Wetsus een bijzondere mijlpaal: de 100ste promotie sinds de oprichting. In 2005 promoveerde Ronald Jansen van de membraantechnologiegroep van de Universiteit Twente als eerste bij Wetsus; en ook nummer 100 is afkomstig van Universiteit Twente. In de afgelopen 15 jaar hebben daarnaast 98 andere onderzoekers verbonden aan 23 universiteiten, zoals Wageningen UR, TU Delft, TU Eindhoven en RU Groningen hun promotieonderzoek uitgevoerd in het Wetsus programma. De heuglijke honderdste promotieplechtigheid zal in Leeuwarden plaatsvinden en de promovendus en de Raad van Bestuur van Wetsus nodigen u van harte uit. Vanwege het bijzondere karakter is de “Grote of Jacobijnerkerk” in Leeuwarden gekozen als locatie.

De promovendus in kwestie is Gerwin Steen. Hij werkt aan een revolutionair systeem om verschillende zouten in water met alleen maar licht te kunnen meten. Onder leiding van zijn promotor dr.ir. Herman Offerhaus werkte Gerwin in het thema Sensoring, een van de 23 onderzoekshemas’s van Wetsus, aan het ontwikkelen van een optofluidisch absorptie-platform voor detectie van anorganische ionen in water. Centraal stond daarbij de vraag: hoe meet je welke en hoeveel ionen er in water zitten? Een eventueel te ontwikkelen apparaat zou klein moeten zijn, een sensor, voor het uiteindelijke gebruiksgemak en toepassing op lastig bereikbare plaatsen. Het is van belang voor bijvoorbeeld drinkwaterbedrijven en de industrie om te weten welke ionen in welke concentratie er in het water zitten met het oog op eventuele vervuiling, of om tot een optimaal gebruik te kunnen komen. Een nadere toelichting vindt u onderstaand.

Gerwin Steen verdedigt zijn proefschrift op 16 januari om 15.30 uur ten overstaan van een promotiecommissie bestaande uit ter zake deskundige hoogleraren. De plechtigheid start met een kort zogenaamd ‘lekenpraatje’ waarin de promovendus een algemeen begrijpelijke uitleg over zijn werk zal geven. Om 17.00 uur begint een feestelijke receptie.
U bent van harte welkom, u kunt uw aanwezigheid hier aangeven.


Nadere toelichting op het onderzoek en proefschrift:
Het doel van het werk van Gerwin Steen was het ontwikkelen van een optofluidisch1 absorptie2-platform voor detectie3 van anorganische ionen in water. Allereerst is de meetmethode onderzocht. Met een spectrometer (apparaat om de absorptie per golflengte vast te leggen) zijn de absorptieprofielen van 16 verschillende elektrolyten ten opzichte van gedemineraliseerd water (water zonder ionen) vastgelegd. Deze bleken uniek te zijn voor de verschillende elektrolyten en het signaal is lineair afhankelijk van de concentratie (als het aantal ionen wordt verdubbeld in een bepaalde hoeveelheid water, kan men ook een verdubbeling van de absorptie verwachten). Dit maakt de methode geschikt voor een sensor.
Vervolgens is gekeken of de absorptie van een elektrolyt verandert als in het water ook een ander zout wordt opgelost. Daarbij is gebleken dat de zouten invloed hebben op elkaar, maar dat bij hogere temperatuur de aanwezigheid van het ene opgeloste zout minder invloed heeft op het signaal dat veroorzaakt wordt door het andere opgeloste zout.

Geïntegreerde optofluidische sensoren zijn ontworpen uitgaande van een aantal randvoorwaarden en eisen aan de sensor. De eerste set gefabriceerde sensoren weken sterk af van de verwachte resultaten. Daarop zijn de chips onderzocht met verschillende microscopen. Dit onderzoek bracht fabricage-fouten aan het licht en leidde tot verbeteringen in het ontwerp. Met nieuwe chips zijn goede resultaten verkregen. Hoewel verder onderzoek noodzakelijk is, kan gezegd worden dat een eerste stap gezet is om ionen in water te kunnen detecteren met geïntegreerde optofluidische sensoren gebaseerd op absorptie-spectroscopie.

1Een optofluidische sensor is een sensor die optische en fluidische componenten combineert om iets te meten en daarbij functionaliteit heeft, die afzonderlijk niet mogelijk is. De sensor die in dit werk is ontwikkeld, heeft optische en fluidische componenten op microschaal (µm = 0,0001 cm). De belangrijkste redenen om een optofluidische sensor te ontwikkelen, is de wens om 'realtime' op afstand informatie te krijgen over de ionenconcentratie in water (voor zowel de industrie als drinkwaterbedrijven), en de mogelijkheid deze te gebruiken op lastig bereikbare plaatsen, zoals in buizen.
2De afname van licht door de lengte, het type, en de hoeveelheid materiaal wordt absorptie genoemd. Zo heeft sterke koffie meer lichtabsorptie dan slappe koffie.
3Keukenzout (dat uit natrium- en chloorionen bestaat) kan worden opgelost in water, zonder dat er sprake lijkt te zijn van een absorptie-verschil van licht ten opzichte van water zonder ionen. Echter, een meterslange buis gevuld met water lijkt blauw, wanneer men erdoorheen kijkt. Water heeft namelijk een hogere absorptie voor rode kleuren dan voor blauwe kleuren. Kleuren (golflengtes) die roder (langer) zijn dan het rood dat waar te nemen is met menselijke ogen, wordt nabij infrarood genoemd. Water absorbeert golflengtes verschillend, dat wil zeggen dat bij sommige golflengtes meer lichtafname plaatsvindt dan bij andere. Een absorptiespectrum laat zien hoeveel licht wordt geabsorbeerd per golflengte. Het oplossen van zout beïnvloedt het absorptiespectrum van water.




combining scientific excellence with commercial relevance