ENGINEERINGNET.BE - De door licht aangedreven draaiende motoren zijn voor het eerst gemaakt door organisch chemicus prof. dr. Ben Feringa. Hij ontving voor die ontdekking de Nobelprijs in de Chemie van 2016.
Dit soort motortjes op nanoschaal is inmiddels aan een oppervlak vastgezet en gebruikt in gels, vloeibare kristallen en kunstmatige spiervezels, waar ze in grote aantallen gezamenlijk werk kunnen verzetten op een zichtbare schaal.
Maar het blijft een uitdaging om dit type moleculaire motoren op een ordelijke wijze in een vast 3D materiaal te verwerken.
Die uitdaging hebben RUG-onderzoekers opgepakt, onder leiding van Feringa en zijn collega’s Sander Wezenberg en Wesley Browne. Zij maakten een werkend systeem waar 3 x 1020 (een 3 gevolgd door twintig nullen) door UV licht aangedreven motoren per kubieke centimeter in zitten, die allemaal tegelijk dezelfde kant op draaien.
De onderzoekers gebruikten hierbij een metaal-organisch raamwerk: een soort moleculaire kooien van metalen die zijn verbonden door ‘spanten’, bestaand uit organische moleculen. De kooien vormen samen een 3D kristal.
Deze kooien zijn groot genoeg om de rotors ongehinderd volledige omwentelingen te laten maken wanneer ze met UV-licht worden beschenen.
Eerdere pogingen van andere onderzoeksgroepen om rotaxanen, een ander type moleculaire machines, te verwerken in dit soort kooien liet zien dat hun bewegingen hierdoor werden gehinderd.
De nieuwe moleculaire machines kunnen bruikbaar zijn om de diffusie van gassen te controleren, of als door licht aangedreven pomp te dienen in microkanaaltjes voor bijvoorbeeld een ‘lab op een chip’.
Een andere toepassing is om de machines materialen te laten opnemen die vervolgens in de kooien met elkaar reageren en dan door de motortjes naar buiten worden gepompt.
Er is nog veel onderzoek nodig: het kan zo zijn dat materiaal dat door de kooien stroomt de moleculaire motoren hindert en zorgt voor verstopping.
Het systeem dat nu is gepresenteerd biedt in ieder geval de mogelijkheid om het collectieve gedrag te onderzoeken van moleculaire motoren die in 3D structuren samenwerken.