Krachtwerking in nanomotoren opgehelderd

4 februari 2009
Een internationale groep wetenschappers bestaande uit onder meer prof. dr. Wybren Jan Buma van de Universiteit van Amsterdam en dr. Anouk Rijs van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen heeft zeer nauwkeurige metingen van zogenaamde rotaxanen gepubliceerd. "Het is de eerste keer dat met deze techniek zulke grote en ingewikkelde moleculen zo gedetailleerd in kaart zijn gebracht", aldus de onderzoekers. De groep publiceerde de doorbraak in het prestigieuze Journal of the American Chemical Society.

 

Rotaxanen zijn veelbelovend als aandrijving van toekomstige nanomachines. Het zijn moleculaire systemen die bestaan uit een vrij bewegende ring rond een centrale as. 'Stoppers' aan de uiteindes zorgen dat de ring niet van de as kan schuiven en een 'ankercomplex' halverwege de as vormt een voorkeurspositie voor de ring. Als er meerdere ankers zijn ingebouwd, kan de ring onder invloed van licht, elektronen of een veranderde omgeving van plaats wisselen.

 

Anouk Rijs en haar collega's gebruikten infraroodspectroscopie om de interacties van de verschillende onderdelen en hun structuur te bekijken. Met deze techniek konden de onderzoekers een vingerafdruk meten van zowel de losse onderdelen als van het complete rotaxaan. Uit een vergelijking van de patronen blijkt direct waar en hoe sterk de verbinding tussen ring en as is, zonder ingewikkelde berekeningen. Zo is ondermeer de invloed van verschillende typen ankers te bestuderen. "Je kunt de ankers zo kiezen, dat hun effect goed te onderscheiden is van andere interacties in het geheel", vertelt Rijs.

 

In vervolgexperimenten willen de onderzoekers bekijken hoe gevoelig de interacties tussen de twee rotaxaanonderdelen zijn voor omgevingsmoleculen, en of ze de onderdelen ten opzichte van elkaar kunnen laten bewegen in "moleculaire motoren in de gasfase".

 

Rotaxanen, of 'moleculaire motoren', zijn moleculaire complexen met onderdelen die ten opzichte van elkaar kunnen bewegen. Het team van Wybren Jan Buma en Anouk Rijs voerde gedetailleerde infraroodspectroscopie uit aan rotaxanen in de gasfase. Uit een vergelijking van de infraroodspectra van de losse centrale as (links), de ring (midden) en het complete rotaxaan (rechts) blijkt hoe de verschillende onderdelen van de moleculaire motor elkaar vastgrijpen.
Credit: Rijs en Buma / FOM-Rijnhuizen