Je leest:

Elektrische nano-auto uit Groningen

Elektrische nano-auto uit Groningen

Sterk staaltje van chemische synthese resulteert in innovatieve ‘four-wheel drive’.

Auteur:

Groningse chemici uit de groep van Spinozaprijswinnaar professor Ben Feringa hebben een moleculaire auto gebouwd met vierwielaandrijving. Het minuscule voertuigje beweegt in een rechte lijn over een metaaloppervlak. De nano four-wheel drive prijkt deze week op de omslag van het wetenschappelijke toptijdschrift Nature.

Ben Feringa beloofde het al in 2004, bij het winnen van de Spinozaprijs – vaak de ‘Nederlandse Nobelprijs’ genoemd. De Groningse kennis op het gebied van moleculaire motoren zou hij gebruiken om een moleculair voertuig te construeren. Dat bovendien op gecontroleerde manier over een oppervlak moest kunnen ‘rijden’.

Nu ruim zeven jaar later lost Feringa zijn belofte in, en hoe. Met een heuse moleculaire bolide, en dan nog vierwielaangedreven ook. Het voertuig op de cover van Nature spreekt tot de verbeelding: vrijwel alle Nederlandse kranten besteedden er aandacht aan. En wereldwijd verschenen vele tientallen berichten over het Groningse ‘autootje’. Afmetingen: vier nanometer lang, twee nanometer breed.

Waggelende beweging

Er is wel enige fantasie nodig om in het moleculaire bouwsel een auto te zien. Maar goed, het rijdt. Of in ieder geval: het gaat vooruit. De Groningse wetenschappers drijven de wielen aan op basis van een moleculaire motor waar ze al jaren onderzoek aan doen. Het is een soort propeller, die ze in eerste instantie als een soort buitenmotor wilden gebruiken. Nu fungeren vier van die motoren als de wielen van de nano-auto.

De fabricage van de auto is een chemisch synthetisch huzarenstukje. De nanobolide is in feite één molecuul met in het midden een langwerpig ‘chassis’ en aan de uithoeken de vier aangedreven wielen. Eigenlijk zijn dat meer een soort peddels. Het gevolg is een wat curieuze beweging, als een soort waggelende schildpad.

Elektrische aandrijving

De Groningse moleculaire motor is helemaal van deze tijd want hij heeft elektrische aandrijving. Een accu is niet aan boord; de elektriciteit komt van buiten. Niet met een stroomkabel – dat is tamelijk lastig op de schaal van enkele moleculen.

De Groningers gebruikten een Scanning Tunneling Microsoop. Die heeft een uiterst scherpe elektrisch geleidende naald, met op het tipje maar een paar atomen. Via deze tip is het mogelijk de moleculaire motor van elektronen te voorzien. Dat gaat zonder direct contact, de elektronen springen van de tip het molecuul in.

De interactie met de elektronen van het molecuul zelf zorgt vervolgens voor een schoksgewijze rotatie van de wielen. Dankzij de uitgekiende moleculaire structuur kan de rotatie maar één richting hebben, zodat het autootje werkelijk vooruit beweegt.

Het was nog een hele opgave om die beweging ook echt in beeld te brengen. De onderzoekers werkten daarvoor samen met wetenschappers van het Zwitserse materiaalkundige instituut Empa. Uiteindelijk lukte het om de auto over een koperoppervlak te laten rijden en daarbij de verplaatsing vast te stellen. In tien stappen blijkt het autootje een afstand van 6 nanometer af te leggen in een min of meer rechte lijn.

De verplaatsing is daadwerkelijk het gevolg van de draaiende wielen, zo werd uit aanvullende experimenten duidelijk. De onderzoekers maakten daarvoor autootjes waarvan de achterwielen tegengesteld aan de voorwielen draaien, en exemplaren waarvan de linkerwielen de rechterwielen tegenwerkten. Daarmee gebeurt precies wat te verwachten is: het autootje verandert niet of nauwelijks van positie, of zigzagt maar wat rond.

Leuk! En nu?

Uit chemisch perspectief is het moleculaire knutselwerk van Feringa en zijn collega’s een prestatie van formaat, die niet voor niets de cover van Nature haalde. Maar zou je ook echt iets kunnen met zo’n nano-auto? Discovery News noemt het een stap in de richting van moleculaire machines die door onze aderen reizen en kankercellen onschadelijk maken. Dat zou mooi zijn, maar zo’n concrete belofte zul je Feringa voorlopig niet horen maken. In NRC Handelsblad van afgelopen weekend zegt hij dat voor werkende robotjes en sensoren op nanoschaal nog veel meer begrip nodig is van de aandrijving van de moleculaire systemen.

Feringa ziet de relevantie van zijn onderzoek vooralsnog in het begrip van biologische systemen waarin sprake is van moleculaire aandrijving. Zoals bij het transport van bepaalde ’motor’eiwitten in cellen. Net zoals bij zijn nanomotor is het bewegingsresultaat daarbij afhankelijk van delicate moleculaire wisselwerkingen. Zijn de onderlinge krachten te zwak, dan vliegen de moleculen uit de bocht. Zijn ze te sterk, dan komen ze niet van hun plaats. De Groningse synthetische motoren kunnen principes blootleggen die achter zulke systemen schuil gaan.

Bronnen

Meer moleculaire motoren op Kennislink:

Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"http://www.kennislink.nl/kernwoorden/moleculaire-motor/index.atom", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 14 november 2011

Discussieer mee

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

LEES EN DRAAG BIJ AAN DE DISCUSSIE