Wetenschappers van de Universiteit van Amsterdam en de Rijksuniversiteit Groningen zetten met nanodeeltjes infrarode straling om in zichtbaar licht. Hierdoor kunnen ‘kunstmatige moleculaire motoren’ – minuscule, zelfgemaakte robotjes – makkelijker worden aan- en uitgezet.

In het jaar 2016 wonnen drie chemici, onder wie de Nederlander Ben Feringa, de Nobelprijs voor de Scheikunde voor hun onderzoek aan moleculaire nanomachines. Dit zijn nanorobots bestaande uit slechts één molecuul, die mechanische bewegingen kunnen maken als ze daartoe worden aangezet. Zo kunnen ze dienstdoen als piepkleine motortjes of schakelaars, bijvoorbeeld in ‘slimme materialen’, om medicijnen door het menselijk lichaam te transporteren, of om medicijnen op een bepaalde plek in het lichaam te activeren.

In de natuur bestonden moleculaire machines al: denk aan spermacellen met hun zwiepstaart of aan de eiwitcomplexen die verantwoordelijk zijn voor spiercontractie of DNA-replicatie. De kunst was – en is – om ze zelf te maken en nuttige toepassingen te geven.

Nieuwe stap

Hierin is onlangs een nieuwe stap gezet, door één van de problemen op te lossen die toepassingen van deze artificial molecular motors (AMM’s) bemoeilijkten. De nanomachines zijn goed te activeren met licht met een korte golflengte (dus hoge frequentie), maar juist dat licht dringt moeilijk door in dikke materialen of biologische weefsels. Vergelijk het met geluid: hoge tonen (met korte golflengten) dragen niet ver, lage bastonen wel. Daar komt nog bij dat licht met korte golflengten vaak schadelijk is voor biologisch weefsel.

Wetenschappers van de Universiteit Amsterdam en de Rijksuniversiteit Groningen, onder wie Feringa, hebben nu een methode ontwikkeld om met nanodeeltjes infrarood licht om te zetten in blauw of ultraviolet licht. Het infrarode licht heeft een lange golflengte en kan dus diep in materialen doordringen. De nanodeeltjes zetten het daarna pas om in licht met een korte golflengte dat de AMM’s efficiënt kan activeren. Dat werkt, blijkt uit de resultaten van het onderzoek, vorige maand gepubliceerd in het Journal of the American Chemical Society.

Upconversie

De betreffende nanodeeltjes bestaan uit natrium-ytrrium-fluoride en bevatten energierijke ionen die het infrarode licht kunnen ‘opwaarderen’ naar blauw of ultraviolet licht, schrijven de RUG en de UvA in een gezamenlijk nieuwsbericht.  ‘Upconversie’, noemt men dat. 

Een andere manier om het genoemde lichtprobleem te verhelpen, is de moleculaire motoren zo aan te passen dat ze wél gevoelig worden voor lange golflengten. Ook daar wordt in Amsterdam en Groningen aan gewerkt, zoals wij een jaar geleden al schreven.

Toepassingen

'Op dit moment hebben we nog geen toepassingen ontwikkeld', mailt Feringa desgevraagd. 'Maar dit opent mogelijkheden. Vooral in het biomedische veld, omdat nu onschadelijk infrarood licht kan worden gebruikt, in plaats van schadelijk ultraviolet licht.'.

Mogelijke toepassingen zijn het gebruik van AMM’s voor het maken van materialen die op licht reageren, of voor het maken van moleculaire schakelaars in biologische systemen.

 

Openingsbeeld: Depositphotos