Lichtgevoelige materialen verplaatsen zich zelfstandig

Een van de grote uitdagingen bij het ontwikkelen van moleculaire machines en slimme materialen is het vinden van een geschikte energiebron. Op de extreem kleine schaal van deze nanostructuren gaat de voorkeur dan al snel uit naar licht. Dat weegt niks, het werkt snel en contactloos, is goed te controleren en biedt veel variatie in intensiteit.

Er zijn inmiddels talloze voorbeelden van lichtgevoelige materialen en machines die op moleculaire, nano- en microschaal beweging laten zien. Een Amerikaans-Koreaans onderzoeksteam onder leiding van materiaalwetenschapper Timothy White van het Air Force Research Laboratory in Dayton, Ohio, laat nu voor het eerst zien dat dergelijke materialen ook in staat zijn tot autonome verplaatsing van enkele millimeters. Zelfs tegen een helling op.

Bewegende helices

De onderzoekers knipten smalle reepjes (15 mm lang, 1,25 mm breed) uit een dunne laag materiaal gemaakt van vloeibare kristalpolymeren met daarin ook lichtgevoelige moleculen. Door onder de juiste hoek die reepjes te knippen en er volgens UV-licht op te schijnen, krullen de reepjes zich tot een helix. Tot zover niets nieuws. NEMO Kennislink besteedde al eerder aandacht aan het onderzoek van Nathalie Katsonis, adjunct hoogleraar Bio-inspired and Smart Materials aan de Universiteit Twente. Zij gebruikt dezelfde lichtgevoelige helices om materialen met nieuwe functies te ontwikkelen. We vroegen haar om een reactie op de publicatie van White.

“White en zijn team laten voor het eerst zien dat je vormverandering in vloeibare kristalpolymeren ook kunt omzetten in een autonome verplaatsing. Tot nu toe waren de meeste voorbeelden van beweging een uiting van de vormverandering in het materiaal zelf. In ons werk bijvoorbeeld hebben we laten zien dat zo’n reepje onder invloed van UV-licht oprolt en weer ontrolt zodra je dat licht uitzet. En dat als je een kant van het reepje vastzet, de kracht van het oprollen groot genoeg is om een gewichtje te verplaatsen”, aldus Katsonis. “Zij hebben de reepjes niet vastgezet, maar los op een oppervlak gelegd. Zodra je er UV-licht op schijnt rollen de reepjes zich op tot een helix en dan rollen ze gericht naar een kant. Ze verplaatsen zich geheel zelfstandig over het oppervlak.”