Al een paar jaar werkt de wetenschap aan tandwielen, zuigers en assen op moleculaire schaal, om mini motoren te bouwen. Rotaxaan is één van de meest veelbelovende moleculen. In 2005 lieten op rotaxaan gebaseerde motoren een waterdruppel omhoog klimmen. Rotaxaan bestaat uit een ring met een staafje door het midden. Aan de uiteinden is het staafje wat dikker, als een halter, zodat de ring er niet afglijdt. Maar rond het midden kan de ring vrij bewegen – in theorie.
In de praktijk blijkt de ring namelijk waterstofbruggen te maken met het staafje. Hierdoor kan het wiel wel draaien, maar voelt-ie zich het lekkerst op 4 bepaalde posities. Hij staat als het ware op de handrem. Om rotaxaan echt geschikt te maken als (tand)wiel, moet het vrij rond zijn as kunnen bewegen. Dr. Anouk Rijs en prof. Wybren Buma (UvA) isoleerden hiervoor één enkel rotaxaanmolecuul. “We brachten het in de gasfase,” vertelt Anouk. “Dat was geen makkelijke klus, want rotaxaan is een vrij groot molecuul. Hoe groter, hoe minder graag een molecuul in de gasfase gaat.” Dat was nodig om dat ene molecuul scherp in beeld te krijgen. In de gasfase zitten moleculen namelijk zo ver mogelijk van elkaar af. Ook en koelden het af naar -263 graden onder nul. Daardoor bewoog het molecuul zo min mogelijk, waardoor het beeld nog duidelijker werd.
Remmen los!
Met infraroodspectroscopie bestudeerden ze het losse rotaxaan. Daarmee zie je niet het molecuul zelf, maar wel de bindingen tussen de deeltjes. Tijdens de meting werd het molecuul omringd door argon, een edelgas dat niet meedoet aan de reactie. Door een heel klein beetje methanol te laten verdampen liet Anouk één voor één methanolmoleculen met het rotaxaan reageren. Elk methaanmolecuul pikte een waterstofbrug in, waardoor de ring los kwam van zijn as. Dat weten ze zeker, omdat het signaal van de ‘binding tussen ring en as’ verdween. “We weten nog niet helemaal zeker of de ring dan ook echt draait, maar we gaan er wel van uit,” vertelt Anouk. “Door de Brownse beweging wiebelen moleculen altijd wel een beetje en dit molecuul kan geen andere kant op.” Het selectief aan- en uitschakelen van de draaiing is essentieel voor het gebruik van dit molecuul in een moleculaire motor.
De volgende stap is om dit rem-mechanisme te combineren met hun vorige onderzoek. Door het rotaxaan op een langere as te schuiven, kan de ring op meer posities op de as terecht komen. Anouk: “Dan kun je gaan denken aan allerlei moleculaire interacties en overbrengingen. Op weg naar de moleculaire versnellingsbak!”
Bron: Controlled Hydrogen-Bond breaking in a Rotaxane by Discrete Solvation, 29 april 2010, Angewandte Chemie.
Lees meer over dit onderzoek op Kennislink
Meer over moleculaire motoren op Kennislink
Oeps: Onbekende tag `feed’ met attributen {"url"=>"https://www.nemokennislink.nl/kernwoorden/moleculaire-motor/index.atom?m=of", “max”=>"10", “detail”=>"minder"}