Een team chemici van Oxford University hebben een grijparm gemaakt van moleculen, waarmee ze een groep atomen kunnen vastpakken, verplaatsen en weer neerzetten, zoals robotarmen dat doen in fabrieken. Het is voor het eerst dat zo'n mechanisme op zo'n kleine schaal werkt.

Het mechanisme moet een moleculaire evenknie zijn van de robotarmen in geautomatiseerde fabrieken. Het enige verschil is dat de grijparm hier niet bestaat uit metalen en plastic balken, maar uit een handvol moleculen. De chemici maakten een vaststaand platform dat uit groepen van quinoline en benzoaldehyde bestaat, met daar bovenop een grijparm die disulfiden gebruikt om de te transporteren pakketjes op te pikken. Die pakketjes zijn 3-marcaptopropaanhydrazine, en worden door de arm over een afstand van 2 nm verplaatst naar de andere kant van het molecuulplatform.

De uitvinding komt het dichtst in de buurt van wat nanotech-pionier Eric Drexler al voorzag: een manier om moleculen te manipuleren en transporteren zoals dat ook kan met grote objecten. Eerder wisten onderzoekers al transportmechanismen te maken met dna-ketens, maar die zijn vele malen groter dan enkele moleculen. Op de allerkleinste schaal treden er problemen op die anders niet gelden. Zo heeft zwaartekracht nauwelijks grip op een enkel los molecuul, waardoor de vracht tijdens het transport constant goed vast moet zitten. Ook de arm moet vastgespijkerd zijn aan het platform, maar toch flexibel genoeg om te kunnen roteren.

Werking van het mechanisme in schematische vorm (aan de randen) en hoe de moleculen bewegen. Van linksboven naar rechtsboven, tegen de klok in, zwaait de arm naar links, pakt de rode groep op en brengt hem naar het groene platform.

Heen en weer

De onderzoekers vonden een oplossing met een vernuftig systeem: ze gebruikten molecuulgroepen die beweegbaar zijn in een basische omgeving, maar rigide in een zure. Op die manier konden ze zorgen dat het pakketje overging van het platform naar de grijparm en vice versa. Eerst zwaaide de arm, met aan het einde een disulfidegroep, door toevoeging van CF3CO2H naar de kant waar het te verplaatsen pakketje was. Door de toevoeging van jodium kon de arm vervolgens een verbinding aangaan met de disulfide-groep van de vracht. Door daarna het teveel aan CF3CO2H te neutraliseren zwaaide de groep weer terug en leverde hij het pakketje af aan de anderen kant van het molecuulplatform.

De uitvinding werkt nu alleen nog voor zeer specifieke groepen moleculen, maar is volgens de onderzoekers pas het begin voor moleculaire machines. Vanuit dit principe kunnen meer soorten moleculaire grijparmen gebouwd worden.

Het artikel verscheen in Nature Chemistry en is hier te vinden.

Lead image: Een 'normale' grijparm in actie. Credit: NASA/Dominic Hart