Licht laat moleculaire motor draaien en oplichten

De Nederlandse Rijksuniversiteit Groningen is erin geslaagd om twee door licht aangestuurde processen te combineren in één molecuul, op twee verschillende manieren.

Trefwoorden: #licht, #moleculair, #motor

Lees verder

research

( Foto: Rijksuniversiteit Groningen )

ENGINEERINGNET.BE - Roterende moleculaire motoren zijn voor het eerst gemaakt in het laboratorium van Ben Feringa, hoogleraar Organische Chemie aan de Rijksuniversiteit Groningen, die daarvoor in 2016 de Nobelprijs voor Scheikunde ontving. De aandrijving loopt via licht.

Het is interessant als deze motormoleculen ook zichtbaar zijn, bijvoorbeeld via fluorescentie. Maar om twee door licht aangestuurde processen te combineren in één molecuul is een uitdaging. Het Feringa lab is daar nu in geslaagd, op twee verschillende manieren.

Ryojun Toyoda, destijds postdoc in het lab van Feringa, koppelde daartoe een fluorescerende kleurstof aan een motormolecuul. Hij slaagde erin de directe interactie tussen kleurstof en motor te dempen, door het kleurstofmolecuul loodrecht te plaatsen op het bovenste deel van de motor. Op deze manier zijn fluorescentie en rotatie samen te brengen in een molecuul.

Ook blijkt het mogelijk om het systeem af te stellen door het oplosmiddel aan te passen. Hierdoor krijg je een andere balans tussen beide functies. Dit betekent dat de motor gevoelig is voor zijn omgeving, wat interessant is voor toekomstige toepassingen.

Een tweede type fluorescerende motor is gemaakt door Lukas Pfeiffer, in zijn tijd als postdoc. ‘Ik koppelde hiervoor een antenne aan het motormolecuul die de energie van de twee infrarode fotonen opving en doorgaf aan de motor.’

Het bleek dat dit molecuul twee verschillende aangeslagen toestanden kan hebben: in de ene toestand gaat de energie naar het motordeel en zorgt voor rotatie, de andere toestand veroorzaakt fluorescentie.

Deze tweede motor is één chemische entiteit waarin de golffunctie niet is gelokaliseerd maar over het hele molecuul uitgesmeerd is, waardoor deze twee verschillende effecten kan hebben. Door de golflengte van het licht aan te passen, en daarmee de energie die het molecuul ontvangt, krijg je ofwel rotatie, ofwel fluorescentie.

De volgende stap is om de beweeglijkheid en de locatie van de moleculen tegelijkertijd aan te tonen via fluorescentie.

Feringa: ‘Dit is een krachtige combinatie die we kunnen toepassen om te laten zien hoe deze motoren bijvoorbeeld door een celmembraan een cel binnengaan, aangezien fluorescentie veel gebruikt wordt om moleculen binnen een cel zichtbaar te maken.'

'We kunnen het ook gebruiken om de beweging te volgen die door licht-aangedreven moleculaire motoren veroorzaken, bijvoorbeeld de voortbeweging op nanoschaal, of misschien transport door motormoleculen zichtbaar te maken.’