Nano-onderzeeër kiest het ruime sop

Nano-onderzeeër kiest het ruime sop

Chemici uit de VS hebben een duikbootje te water gelaten ter grootte van één molecuul. En het kan nog varen ook, dankzij een door licht aangedreven motortje uit Groningen.

De creatie van ’s wereld eerste door licht aangedreven moleculaire motor staat op naam van chemicus Ben Feringa van de Rijksuniversiteit Groningen. In 2011 gebruikte hij vier van deze motormoleculen als wielen voor een moleculair autootje, een uitvinding die in 2011 de cover van vakblad Nature haalde.

Deze motor drijft nu ook een duikboot ter grootte van één molecuul aan. Chemici van de Rice University (Texas), geleid door James Tour, bouwden rondom de Groningse motor een nano-onderzeeër die door een vloeistof kan varen. Dat schreven ze deze maand in Nano Letters.

Zeewaardig

De onderzeeër is een molecuul van 244 atomen en heeft een motor en twee lange zijtakken, die dienen als ‘drijvers’. Onder invloed van UV-licht gaat de motor draaien, maar liefst een miljoen keer per minuut. Dat gaat door zolang er licht is.

De onderzoekers maakten de duikboot ook nog fluorescerend. De drijvers en de motor werden allebei voorzien van een fluorescent molecuul dat oplicht onder de microscoop. Vervolgens lieten ze het duikbootje los in een druppeltje vloeistof. Zo was precies te volgen wat voor toeren de onderzeeër uithaalde.

Ter controle bouwden de Amerikanen een duikboot zonder motor die ze ook te water lieten. Niet geheel verrassend ging het machientje ook vooruit zonder motor, door zogenaamde brownse beweging. Dat is de willekeurige beweging van moleculen in een vloeistof. Maar mét motor presteert de onderzeeër het om 26 procent sneller door de vloeistof te varen. Bij elke omwenteling legt de duikboot een afstand af ter grootte van zichzelf, ongeveer negen nanometer. Het nano-duikbootje heeft hiermee bewezen zeewaardig te zijn.

Ellebogenwerk

Alhoewel, een stuur zit er nog niet op: de duikboot vaart zonder koers. Wel heeft de motor bewezen sterk genoeg te zijn om de machine voort te stuwen door een vloeistof. Dat is grof ellebogenwerk, want de moleculen waaruit de vloeistof bestaat zijn even groot als de onderzeeër. “Je kan het vergelijken met iemand die over een basketbalveld loopt, terwijl duizend toeschouwers basketballen naar hem gooien”, zegt Tour in een persbericht.

Bloedbaan

Uiteindelijk moeten toekomstige moleculaire duikboten door de bloedbaan kunnen varen om medicijnen te vervoeren. Dat soort toepassingen zijn nog ver weg, maar er worden flinke stappen gezet. Steeds meer onderzoeksgroepen werken aan moleculaire schakelaars en motoren. De groep van Feringa zette twee jaar terug bijvoorbeeld een moleculaire schakelaar, gebaseerd op het motormolecuul, in een antibioticum om het medicijn aan en uit te kunnen schakelen.

Sinds 1999 bouwde Feringa’s groep vijftig tot zestig verschillende motoren. “Ik ben minder geïnteresseerd in het bouwen van nog een motor. Liever ga ik ze echt gebruiken”, zei hij onlangs in een artikel van Nature, dat terugblikte op twintig jaar onderzoek aan moleculaire machines.

Feringa ontving 18 november weer een prijs voor zijn baanbrekende onderzoek naar moleculaire motoren. Dit keer ontving hij de Chemistry for the Future Solvay Prize uit handen van de Belgische koningin Mathilde.

Bronnen:

  • Víctor García-López e.a. Unimolecular submersible nanomachines. Synthesis, actuation, and monitoring. Nano Letters. Online op 5 november 2015. DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b03764
  • Mike Williams. Rice makes light-driven nanosubmarines. Persbericht van de Rice University. Online op 16 november 2015.

Dit nieuwsbericht verscheen 20 november 2015 op Kennislink

Afbeelding: Loïc Samuel

Reageer