Algemeen nieuws

< VorigeAfbeelding 1 van 1Volgende >

Illustratie van de motor (stator en rotor, rechts) en de antenne die nabij-infrarood licht opvangt en doorgeeft aan de as. | Illustratie Nong Hoang en Lukas Pfeiffer

In 1999 maakte Ben Feringa, hoogleraar Organische Chemie van de RUG, de eerste door licht aangedreven moleculaire motor. Dit soort kleine motortjes is te gebruiken in allerlei vormen van nanotechnologie, bijvoorbeeld voor de aflevering van geneesmiddelen. Maar de motoren worden aangedreven door ultraviolet licht, dat schadelijk kan zijn. Wetenschappers zoeken daarom al lange tijd naar een manier om onschadelijk infrarood licht te gebruiken voor de aandrijving, maar dat was tot nu toe niet gelukt. Nu hebben onderzoekers van de RUG een antenne ontworpen die is gekoppeld aan een motor-molecuul en de energie van nabij-infrarood licht opvangt. De antenne geeft de energie door aan de as van de motor die vervolgens gaat draaien. Het resultaat is een motor-molecuul dat aangedreven wordt door nabij-infrarood licht en daarom bruikbaar is in biomedische toepassingen.

Door licht aangedreven moleculaire motoren kennen verschillende toepassingen, bijvoorbeeld in functionele materialen, als motor in een nano-robotje of om materialen op commando te laten reageren, zoals in een capsule die opent om geneesmiddelen af te leveren. Voor toepassingen in biologische materialen moet het licht onschadelijk zijn en diep in weefsel doordringen. Scheikundigen van de RUG hebben een roterende motor ontworpen die efficiënt wordt aangedreven door infrarood licht, door een antenne aan het motor-molecuul te koppen. Het ontwerp en het functioneren van deze motor is op 28 oktober gepubliceerd in het tijdschrift Science Advances.

De eerste door licht aangedreven moleculaire motor is in 1999 door RUG-hoogleraar organische chemie Ben Feringa gepresenteerd. Hij was een van de drie winnaars van de Nobelprijs voor Chemie, die in 2016 werd toegekend voor ontwikkeling van moleculaire machines. Zijn moleculair motor is steeds verder doorontwikkeld, maar een grote beperking voor praktische toepassingen is dat deze door ultraviolet licht is aangedreven. In veel toepassingen kan UV-licht schadelijk zijn. Pogingen om de motor aan te drijven met nabij-infrarood fotonen, die minder energie bevatten, waren tot nu toe zonder succes.

Energie
Er is ook geprobeerd om het motormolecuul zo aan te passen dat het twee fotonen met lage energie kan gebruiken, in plaats van één foton met hoge energie. Maar ook dit leverde geen succes op. Daarom gooiden de onderzoekers in het Feringa-lab het over een andere boeg. Zij koppelden via een covalente binding een antenne aan het motormolecuul, die twee nabij-infrarode fotonen kan absorberen. Dat zorgt voor een aangeslagen toestand in de antenne, die overgedragen wordt aan de motor.

Veel van dit werk is gedaan door Lukas Pfeifer, destijds postdoc in het Feringa-lab maar nu werkzaam aan de Swiss École Polytechnique Fédérale in Lausanne. ‘Om het systeem goed te laten functioneren moesten de energieniveaus van de antenne en de motor goed op elkaar zijn afgestemd', legt hij uit. Hiervoor ontwierp hij een nieuwe versie van de moleculaire motor, die gaat draaien van precies de hoeveelheid energie die de antenne levert. ‘Daarnaast moest er een verbindingsstuk komen waarmee de antenne aan de motor is te koppelen zonder de rotatie te hinderen.'

Simpel
‘Er vindt een directe overdracht plaats van de aangeslagen toestand. Dit kun je vergelijken met een aangeslagen gitaarsnaar, die een tweede snaar doet trillen', legt Maxim Pshenichnikov uit. Hij is hoogleraar Ultrasnelle Spectroscopie aan de RUG en een van de auteurs van het artikel in Science Advances. Het idee is dus vrij eenvoudig. ‘Als je weet hoe het werkt is het inderdaad simpel', zegt Pshenichnikov. ‘Maar het was zeer lastig om dat molecuul te ontwerpen en te maken.'

 
Meetopstelling met het motormolecuul in infrarood licht | Foto Nong Hoang

De motor gaat bewegen door een complexe serie gebeurtenissen die zich in zeer korte tijd afspelen, van enkele picoseconden (een duizendste van een miljardste seconde) tot enkele minuten. De verschillende gebeurtenissen zijn bestudeerd door Pfeifer met NMR spectroscopie en door Nong Hoang, promovendus in de groep van Pshenichnikov, via ultrasnelle spectroscopie. Wat er gebeurt is dit: eerst vangt de antenne twee nabij-infrarode fotonen op, vervolgens springt de energie van de antenne naar de motor en gaat deze draaien. Uiteindelijk bleek het ontwerp uitstekend te werken.

Droom
‘Na jaren van ontwikkeling van onze moleculaire motoren hebben we eindelijk een manier om ze te laten draaien zonder gebruik van hoog-energetisch ultraviolet licht. Dat is een droom die uitkomt', zegt Ben Feringa. ‘Ik vind onze resultaten echt een mijlpaal in de ontwikkeling van kunstmatige moleculaire motoren. Dit biedt allerlei mogelijkheden voor toepassingen, van responsieve materialen tot biomoleculaire systemen.'

De volgende stap is om de structuur van het motor-antenne complex te vereenvoudigen. Dat maakt het mogelijk om vervolgens extra functionaliteit toe te voegen. Een toepassing van het nieuwe motor molecuul is als schakelaar om de inhoud van een blaasje in een biologisch systeem vrij te laten komen. Pshenichnikov: ‘Ik ben heel benieuwd hoe de volgende generatie van dit systeem zich zal ontwikkelen.'

Bron: Rijksuniversiteit Groningen

Afdrukken | Mail door

Meer algemeen nieuws

> Waarschuwingssysteem voor ...
> KU Leuven-onderzoekers vin...
Toon volledig overzicht

Column / Opinie

Loop naar de maan?

Het M-woord, cleanrooms en de lekker-werk-frustratie

Hoe random is random?

Toon alle columns / opinies

lees e-totaal digitaal

Lees hier de meest recente editie van e-totaal magazine!
U scrollt eenvoudig door de verschillende artikelen en via de actieve hyperlinks komt u direct in contact met de verschillende leveranciers en adverteerders.

Veel leesplezier!

Wilt u de papieren editie gratis ontvangen, vul dan uw gegevens in via het contact formulier .

Vacature

ASML
Group Leader Electronics and Software Development ASML Delft
Do you take the lead in getting technical issues solved and are you able to inspire people? Do you see the big picture without missing the important details and are you capable to deploy complex electrical and software projects? Then you might be the one to join ASML's Delft department.
Click on this link for more information.

advertorial

De verregaande miniaturisatie van draadloze communicatiemodules en hun steeds lagere prijzen zorgen ervoor dat radiotransmissiemodules tegenwoordig bijna overal te vinden zijn. Desalniettemin is integratie ervan in een ledvoeding zeer innovatief en biedt ongekend gemak bij het maken van verlichtingssystemen. Als we hier een populaire standaard voor gegevensoverdracht aan toevoegen zoals Bluetooth, krijgen we de mogelijkheid om functionele, unieke en met behulp van populaire apparaten eenvoudig te beheren en te controleren verlichtingssystemen te creëren voor gebouwen, hallen, ruimtes etc.

Nieuwsbrief

Ontvang wekelijks het laatste nieuws uit uw vakgebied. Meld u hier aan voor de gratis nieuwsbrief. U wordt dan ook op de hoogte gehouden van het verschijnen van de nieuwe
e-zines.

Corona-crisis

Ondernemersinformatie over de Corona-crisis
Speciaal voor ondernemers, bedrijven en zzp'ers is er specifieke informatie omtrent de Corona-crisis te vinden (over o.a. de verschillende pakketten aan noodmaatregelen die het kabinet getroffen heeft).
Websites met meer informatie: 

• Rijksoverheid
• FHI
• Brainport Eindhoven
• Kamer van Koophandel
• Coronavirus en internationaal ondernemen
• Belastingdienst
• mkb
• kvk
• vng
• vno-ncw
• Rijksdienst voor Ondernemend Nederland
• FEDA
• Koninklijke Metaalunie

Bedrijf in beeld

Bent u vodoende vertrouwd met PCB-ontwerp?

AVE Added Value Electronics

Agenda

Klik hier voor de complete agenda.