Door mensen gefabriceerde moleculaire motoren gelden al jaren als veelbelovend, maar zijn in de praktijk nog steeds niet in gebruik. Een team van wetenschappers uit Groningen en Amsterdam heeft toepassingen een stap dichterbij gebracht.
 

Al in het jaar 1999 bedacht de Groningse chemicus Ben Feringa hoe hij een molecuul onder invloed van licht kon laten roteren. Het werd gezien als een ontdekking van wereldformaat. Met iets dat roteert kun je immers dingen aandrijven – zoals een fietswiel of een molenwiek dat in de grootschaliger wereld doet. In 2016 kreeg Feringa zelfs de Nobelprijs voor zijn werk aan dergelijke moleculaire motoren.  

Maar hoewel er inmiddels moleculen zijn die kunnen fungeren als rotor, tandwiel, schakelaar en draaideurtje, zijn er nog steeds geen door mensen gemaakte, praktisch toepasbare moleculaire motoren. Dit terwijl dit soort motortjes in de natuur wel bestaat – denk aan eiwitten die zich door de cel bewegen om stofjes te vervoeren of flagellen die als een zweepstaart aan bacteriën vastzitten.
 

Richting en fase

Eén van de problemen was dat draaibewegingen in de moleculen niet altijd dezelfde kant op plaatsvonden, en ook niet altijd in fase liepen met elkaar. Dit leverde dus wel rotaties op, maar geen geschikte aandrijving voor een voortgaande beweging: daarvoor werkten de verschillende rotaties elkaar te vaak tegen.

Bovendien gingen de moleculen tot nu toe niet bepaald efficiënt om met het licht dat ze aandreef. Ze gebruikten hiervoor slechts 2 procent van de geabsorbeerde fotonen (lichtdeeltjes), meldt een nieuwsbericht op de website van de Rijksuniversiteit Groningen.

Maar nu heeft een team van onderzoekers van de Rijksuniversiteit Groningen en de Universiteit van Amsterdam, waaronder Ben Feringa zelf, een nieuwe stap gezet de ontwikkeling van dit soort moleculaire motoren. Dat blijkt uit een publicatie van eind april in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Chemistry.

 

Aldehydegroep

De wetenschappers slaagden erin het proces efficiënter te maken, en om de moleculen, aangedreven door licht of temperatuurveranderingen, toch een eenduidige draaibeweging te laten maken. De truc bleek het toevoegen van een reactieve aldehydegroep aan het molecuul.

‘Dankzij deze toevoeging kan er nu licht met langere golflengten dan voorheen worden gebruikt om de moleculen te activeren’, legt onderzoekster Lotte Stindt uit namens de groep van de RUG. Zelf werkt ze ook aan licht-aangedreven moleculaire motoren, maar aan deze publicatie werkte ze niet mee.

‘Een nadeel van licht met een korte golflengte, zoals het UV-licht dat tot nu toe vooral wordt gebruikt, is namelijk dat het niet diep doordringt in materialen en schadelijk kan zijn bij medische toepassingen. Daarom proberen we ook motoren te maken die worden aangedreven met licht van langere golflengten, zoals zichtbaar licht, of nabij-infrarood licht.’

 

Toepassingen

Met dit onderzoek zijn toepassingen met zelfgemaakte moleculaire motoren een stap dichterbij gekomen. ‘Daarbij denken we bijvoorbeeld aan de soft-robotica, waarbij de apparaten zouden kunnen reageren op licht, of aan andere materialen waarbij lichtgevoeligheid handig kan zijn’, mailt Jinyu Sheng, eerste auteur van het nieuwe artikel, en inmiddels werkzaam bij de Tohoku University in Sendai in Japan.

 

Openingsbeeld: Depositphotos