Motor-tuning voor moleculen

Hij is nog niet echt klaar voor een optreden in ‘Top Gear’. En The Stig zal er sowieso nooit in kunnen rondrijden. Maar de kleinste auto ter wereld – made in Groningen – is wel een paradepaardje van het scheikundige onderzoek.

Four Wheel Drive

De auto werd in november gepresenteerd en haalde zelfs CNN. Het karretje is een paar nanometer groot (een nanometer is een miljoenste millimeter) en gebruikte stroompulsjes om de – nogal vierkante – wielen te laten ronddraaien.

Die wielen zijn tegelijkertijd de motor van de auto en ze bestaan uit één molecuul. Eigenlijk bestaat de auto uit vier moleculair motortjes. Een echt Four Wheel Drive dus! De ‘moleculaire motor’ is een uitvinding van de Groningse scheikundige Ben Feringa. Het was in 1999 de eerste in het lab gebouwde moleculaire motor en draaide onder invloed van licht en warmte. Destijds duurde dat nog een paar uur.

Maar ‘tuning’ van de motor heeft er inmiddels voor gezorgd dat deze inmiddels een miljoen omwentelingen per seconde kan maken. Nog steeds draait deze op licht en warmte. Alleen, hoe de motor nu precies gaat draaien door licht is niet duidelijk.

Snelle foto’s

Samen met collega’s van de universiteit van East Anglia (Engeland) hebben Groningse scheikundigen uitgezocht wat er gebeurt wanneer een foton (een lichtdeeltje) de moleculaire motor raakt. Dat deden ze door een soort ultrasnelle foto’s te maken, waarmee ze veranderingen in het molecuul kunnen ‘zien’ die zich afspelen in 50 femtoseconden. Een femtoseconde is een miljardste van een miljoenste seconde. In de officiële notatie: 10^-15 seconde.

Met deze techniek (voor de liefhebber: ultrafast fluorescence up-conversion spectroscopy) lukte het om te achterhalen dat het foton vermoedelijk de verbinding tussen de ‘stator’ (het deel van de motor dat stilstaat) en de rotor (het deel dat draait, inderdaad) heel kort flexibel maakt. Die verbinding is wat chemici een ‘dubbele binding’ noemen en is normaal gesproken stijf en niet draaibaar. Na inslag van het foton draait de stator in ongeveer een picoseconde (een duizendste van een miljardste seconde, oftwel 10^-12 seconde) om z’n as.

Nu de scheikundigen beter weten hoe de motor draait, kunnen ze gerichter werken aan een verbetering ervan. Zodat er ooit een heel klein bestelautootje kan worden gebouwd, die moleculen op de juiste plaats brengt. Benieuwd of Top Gear dat dan leuk zal vinden.

Het onderzoek verscheen deze week in het tiijdschrift Nature Chemistry . Er is ook een persbericht.