Skip to ContentSkip to Navigation
Over onsNieuws en agendaNieuwsberichten

Power stroke moleculaire motor in beeld

07 mei 2012

In samenwerking met de Britse onderzoeksgroep van Steve Meech (University of East Anglia) publiceren chemici van de Rijksuniversiteit Groningen onder leiding van prof. dr. Ben L. Feringa afgelopen weekend in Nature Chemistry nieuw onderzoek naar de moleculaire motor. Meer begrip van de ultrasnelle dynamica van het molecuul tijdens de rotatie van de rotor was nu het doel.

Met de uitvinding van een moleculaire, door licht aangedreven rotatiemotor liet de Groningse chemicus Ben Feringa in 1999 zien dat je op nanoschaal een vondst van wereldformaat kunt doen.

De werking van de motor werd al bij de publicatie in Nature in dat jaar beschreven: de rotor draait rond in vier stappen, die afwisselend door licht- of warmte-energie worden aangedreven. Maar 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. Met de uitkomsten van het onderzoek in Nature Chemistry wordt dit gedetailleerde inzicht in de ‘power stroke’ van de moleculaire motor nu wel verkregen.

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.

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 ‘ultrafast fluorescence 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).

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. Uit het onderzoek blijkt dat dit gebeurt op een tijdschaal van 0,9 tot 1,5 picoseconde (één picoseconde is 10-12 seconde).

Oscillatie

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.’

Noot voor de pers

Meer informatie: prof. dr. B.L. Feringa

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

DOI: http://dx.doi.org/10.1038/NCHEM.1343

Laatst gewijzigd:10 januari 2018 14:37
printOok beschikbaar in het: English

Meer nieuws

  • 21 juni 2018

    Grenzeloos lallen met Martijn Wieling op Lowlands Science

    Het is bekend dat alcoholgebruik spraak negatief beïnvloedt, maar hoe zit dat bij het spreken van een vreemde taal? Onderzoek suggereert dat het effect hier juist positief lijkt te zijn. Onduidelijk is echter wat er in de mond gebeurt. Dr. Martijn Wieling...

  • 08 juni 2018

    Waardedaling woningen in aardbevingsgebied tot 2015 gemiddeld 9,3%

    Woningen in het Groningse aardbevingsgebied zijn tot 2015 gemiddeld 9,3% in waarde gedaald. Dat concluderen promovendus Nicolás Durán en hoogleraar Ruimtelijke Econometrie Paul Elhorst van de Rijksuniversiteit Groningen. Zij analyseerden data van de...

  • 08 juni 2018

    Feringa verguld met bronzen buste en boek

    Donderdagmiddag 7 juni werd een klein Nobel-feestje gevierd op de Rijksuniversiteit Groningen. Beide Nobelprijswinnaars van de RUG zijn in brons vereeuwigd: natuurkundige prof. dr. Frits Zernike staat al zo'n 60 jaar in het Academiegebouw en vanaf nu...