Je leest:

Meer zicht op werking moleculaire motor

Meer zicht op werking moleculaire motor

Supersnelle laserspectroscopie levert informatie op femtoseconde-schaal

Chemici van de Rijksuniversiteit Groningen onder leiding van professor Ben Feringa hebben samen met Britse onderzoekers uit de groep van Steve Meech (University of EastAnglia) nieuw onderzoek gepubliceerd over de Groningse moleculaire motor. Afgelopen weekend stond in Nature Chemistry een artikel over de ultrasnelle dynamica van het roterende motormolecuul.

RUG

In 1999 maakte de Groningse chemicus Ben Feringa de uitvinding van een moleculaire, door licht aangedreven rotatiemotor wereldkundig. De werking van de motor werd al bij de publicatie in Nature beschreven: de rotor draait rond in vier stappen of ‘slagen’, die afwisselend door licht- of warmte-energie worden aangedreven.

Een gedetailleerd beeld van de moleculaire dynamica ontbrak tot nu toe – en die kennis is wel nodig voor de verdere ontwikkeling van nieuwe generaties motoren op nanoschaal. De nu in Nature Chemistry gepubliceerde onderzoeksresultaten bieden wel gedetailleerd inzicht in de werking van de moleculaire motor – met name in de lichtaangedreven arbeidsslag (power stroke).

Snelle verbetering

De allereerste versie van de nanomotor uit 1999 was nog lang niet praktisch bruikbaar; elk van de vier rotatiestappen kostte enkele uren werk in het laboratorium. Maar dat veranderde snel. In 2002 kon Feringa melden dat de snelheid van de tweede generatie moleculaire motoren aanzienlijk was toegenomen; in 2005 werd de toename van de snelheid van de derde generatie als ‘dramatisch’ omschreven en in 2007 bereikte de rotor op kamertemperatuur zelfs een Mhz frequentie (één miljoen omwentelingen per seconde). Dat alles was bereikt door de verbetering van de stappen die onder invloed van warmte plaatsvinden, de langzaamste onderdelen van de rotatie.

GIF-animatie van het Groningse ‘propellormolecuul’ (Beeld: RUG, drs. J. Dalmolen). De moleculaire motoren uit het onderzoek voeren onder invloed van licht en warmte een unidirectionele rotatie uit; de rotor draait in steeds dezelfde richting ten opzichte van de stator (het vaste ankerpunt). Als het molecuul een foton absorbeert, komt het in een zogenaamde ‘aangeslagen’ toestand terecht. De starre dubbele band van de rotatie-as breekt dan even open zodat de rotatie kan plaatsvinden (hier niet aangegeven). Uit het onderzoek blijkt dat dit gebeurt op een tijdschaal van 0,9 tot 1,5 picoseconde (één picoseconde is 10-12 seconde).

Molecuulstructuur

In het nieuwe onderzoek worden de snelle, door licht aangedreven rotatiestappen onder de loep genomen. Geen gewone loep uiteraard; bij het onderzoek werd gebruik gemaakt van ‘ultrafastfluorescence up-conversion spectroscopy’. Met deze techniek kunnen veranderingen in een molecuulstructuur in beeld worden gebracht die plaatsvinden in 50 femtoseconde (1 femtoseconde is 10-15 seconde).

Prof. dr. B.L. (Ben) Feringa
NWO

Tijdens de fluorescentiemetingen werd ook een oscillatie waargenomen, die erop duidt dat enkele vibraties in het molecuul worden geactiveerd als het een foton absorbeert. Met behulp van berekeningen en Raman-spectroscopie is geprobeerd om te achterhalen welke vibraties dit precies zijn. De onderzoekers vermoeden dat een vervorming van de rotatie-as in het spel is, maar met zekerheid kon dit niet worden bewezen.

Optimaliseren

“De uitkomsten van dit onderzoek helpen ons om de rotatie van de moleculaire motoren beter te begrijpen en te optimaliseren”, zegt Feringa over het bereikte resultaat. “Met verder onderzoek naar de elektronische structuur van de rotatie-as, zodat die kan worden aangepast, kan de efficiëntie van de motor verder vergroot worden. Het feit dat er ook vibraties worden geactiveerd als het molecuul in de aangeslagen toestand komt, biedt bovendien misschien de mogelijkheid om de rotatie te beheersen met specifiek afgestemde laserpulsen.”

Publicatie

Jamie Conyard, Kiri Addison, Ismael A. Heisler, Arjen Cnossen, Wesley R. Browne, Ben L. Feringa and Stephen R. Meech. Ultrafast dynamics in the power stroke of a molecular motor Nature Chemistry, advanced online publication 06 May 2012 DOI:10.1038/nchem.1343

Lees meer op Kennislink over moleculaire motoren

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

Meer over moleculaire motoren op Wetenschap24:

Dit artikel is een publicatie van Rijksuniversiteit Groningen (RUG).
© Rijksuniversiteit Groningen (RUG), alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 08 mei 2012

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.