Nieuwe moleculaire motor bootst twee wielen op een as na

Groningse chemici onder leiding van hoogleraar organische chemie Ben Feringa hebben een nieuw type moleculaire motor ontworpen. In tegenstelling tot eerdere motoren is dit molecuul symmetrisch. Het bestaat uit twee groepen, verbonden via een centrale ‘as’ die in een tegenovergestelde richting draaien, net als de wielen van een auto. Het resultaat, dat maandag is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Chemistry, lijkt ideaal voor een nano-transportsysteem.

Het klinkt misschien raar, maar vanuit de bestuurder gezien draaien de wielen aan de linker- en rechterkant van een auto in tegenovergestelde richtingen. Bij een auto die vooruit rijdt draait het linker voorwiel met de klok mee, en het rechter voorwiel tegen de klok in. Dit is de basisconstructie van een nieuw type moleculaire motor dat uit het laboratorium van Ben Feringa komt, in 1999 de maker van de eerste door licht aangedreven synthetische moleculaire motor.

‘Om een moleculaire motor nuttig werk te laten verrichten moet je de draairichting kunnen controleren’, vertelt Feringa. Tot nu toe gebeurde dat door gebruik te maken van zogeheten chirale moleculen. Deze bestaan uit twee delen die elkaars spiegelbeeld zijn, zoals een linker- en rechterhand. De twee delen zijn op een punt verbonden. ‘Het motormolecuul is dus a-symmetrisch, en die ongelijkheid tussen beide helften bepaalt de draairichting’, legt Feringa uit.

In Nature Chemistry presenteert de groep van Feringa voor het eerst een symmetrisch molecuul dat ook een gecontroleerde draairichting heeft. ‘Deze symmetrische motor, die net als onze andere motoren door licht wordt aangedreven, heeft twee rotatieassen en twee roterende delen’, vertelt Feringa. De assen zitten vast aan een middenstuk. Ook dat middenstuk is symmetrisch, op één enkel koolstofatoom na. Daar zitten twee verschillende groepen aan die er voor zorgen dat beide roterende delen een tegengestelde richting uit draaien, bezien vanuit dat middenstuk.

Net als bij een auto betekent dit dat de twee ‘wielen’ het molecuul dezelfde kant op laten gaan. ‘Deze vondst biedt prachtig perspectief om autonome beweging op nanoschaal te realiseren zoals transport over een nanoweggetje in een vooraf bepaalde richting’ legt Feringa uit. ‘We zijn momenteel in ons lab bezig om deze vorm van nanotransport werkelijkheid te maken.’

Referentie: Unidirectional rotary motion in achiral molecular motors. Jos C. M. Kistemaker, Peter Štacko, Johan Visser and Ben L. Feringa. Centre for Systems Chemistry, Stratingh Institute for Chemistry and Zernike Institute for Advanced Materials, Rijksuniversiteit Groningen.