Je leest:

Fata morgana op de nanoschaal

Fata morgana op de nanoschaal

Auteur: | 15 oktober 2010

We kennen de fata morgana voornamelijk uit de woestijn, maar ook op de nanoschaal kunnen ze voorkomen. Je kunt er zelfs enkele moleculen mee in beeld brengen. Dat laten Leidse natuurkundigen vandaag zien in Science.

Een fata morgana is een luchtspiegeling. Die ontstaat wanneer de grond door de zon zo heet wordt, dat de lucht vlak boven de grond warmer wordt dan bovenliggende luchtlagen. Licht wordt anders door warme lucht afgebogen, of beter gezegd: de brekingsindex van warme lucht is anders dan van koude lucht. Het gevolg: een voorwerp aan de horizon kan door het afgebogen licht gespiegeld worden. Dat geeft vreemde beelden, wat we kennen als een fata morgana.

Fotothermisch

De Leidse moleculair fysicus Michel Orrit heeft het principe van de fata morgana vertaald naar een techniek om op de nanoschaal enkele moleculen te bekijken, een zogenaamde fotothermische techniek. Wat is het idee? Je beschijnt een molecuul met een bundel laserlicht. Het molecuul absorbeert energie uit het licht en als gevolg hiervan wordt de omringende omgeving van het molecuul een klein beetje opgewarmd.

Vervolgens stuur je een tweede laserbundel, met een golflengte die het molecuul niet kan absorberen, door het molecuul en zijn omgeving heen. Er is geen interactie met het molecuul, maar net als bij een ‘echte’ fata morgana wordt dit licht een tikje afgebogen (door de warmere omgeving rond het molecuul). Deze afwijking is meetbaar en hieruit is de aanwezigheid van het molecuul af te leiden. De combinatie van de twee lichtbronnen geeft dan, weliswaar na enige bewerking, een plaatje als hieronder afgebeeld.

Losse moleculen komen in beeld met deze fotothermische techniek. In dit geval gaat het om een soort verfmoleculen in glycerol.
Michel Orrit, Universiteit Leiden

Fluorescerend

Inzoomen tot op enkele moleculen is niet nieuw, maar de manier waarop Orrit het deed wel. Normaal gesproken is fluorescentie de aangewezen methode om enkele moleculen in beeld te brengen. Bij deze methode geven de moleculen licht af en hun omgeving niet, waardoor moleculen duidelijk zichtbaar worden tegen een donkere achtergrond. Een vereiste hiervoor is echter dat de moleculen fluorescerend zijn en dat geldt bij lange na niet voor alle moleculen. Sterker nog: veel interessante moleculen, zoals natuurlijke stoffen die in je lichaam voorkomen, zijn niet fluorescerend.

Fluorescerende mineralen.

Dit soort moleculen absorberen echter wel licht en dus zijn ze met de fotothermische techniek van Orrit wél in beeld te brengen. Er worden alleen wel de nodige eisen aan de techniek gesteld. De omgeving van het molecuul dat je wilt bekijken absorbeert ook licht. De kunst is om die ‘achtergrondruis’ zoveel mogelijk weg te filteren en het signaal te versterken. “Een aantal jaar geleden schreven we al in Science over deze techniek”, vertelt Orrit, “maar toen konden we nog maar tot op honderd moleculen kijken. Dit onderzoek is een bundeling van kleine stapjes tot verbetering, waardoor we nu enkele moleculen kunnen zien.”

Prof. dr. Michel Orrit kreeg in 2008 een prestigieuze Europese subsidie als één van de ‘leidende onderzoekers in Europa’.
Michel Orrit, Universiteit Leiden

Sceptisch

Het bestuderen van enkele moleculen is vooral fundamenteel van aard. Orrit is bijvoorbeeld van plan het molecuul hemoglobine te bestuderen. Dit eiwit zit in ons bloed en transporteert zuurstof en koolstofdioxide. “Met de nieuwe techniek kunnen we meer leren over de manier waarop zuurstof aan het eiwit bindt”, zegt hij. Mogelijke toepassingen zijn niet echt aan de orde, maar mocht het ooit zover komen dan zijn nieuwe sensoren of medische toepassingen het waarschijnlijkst.

Het feit dat Science over de techniek wil publiceren geeft volgens Orrit aan dat ze denken dat zijn techniek eenzelfde vlucht kan gaan nemen als fluorescentie. “Twintig jaar geleden wisten we niet wat we met fluorescentie allemaal konden doen en nu is het een standaardmethode”, zegt Orrit. Hij is zelf nog vrij sceptisch of zijn nieuwe techniek hetzelfde zal doormaken, maar hij geeft wel toe: “Een publicatie in Science helpt zeker voor de zichtbaarheid van je onderzoek”.

Bron

A. Gaiduk e.a., Room-Temperature Detection of a Single Molecule’s Absorption by Photothermal Contrast, Science 15 oktober 2010 DOI: 10.1126/science.1195475

Zie ook:

Dit artikel is een publicatie van NEMO Kennislink.
© NEMO Kennislink, sommige rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 15 oktober 2010

Discussieer mee

0

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

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.