Onderzoekers van het onderzoeksinstituut MESA+ van de Universiteit Twente bouwen moleculaire machines die een meetbare kracht kunnen uitoefenen op nanoschaal en in een vloeibare omgeving. Het ontwerp van deze machines is gebaseerd op zelfassemblerende supramoleculaire tubuli die energie uit licht kunnen verzamelen en opslaan en omzetten in een mechanisch werk. De tubuli zijn geïnspireerd op de biomoleculaire structuren die moleculaire lading in cellen transporteren. Het onderzoek is gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijke tijdschrift PNAS .

Moleculaire machines – apparaten van nanoformaat die energie omzetten in beweging – zijn wereldwijd een hot topic sinds Ben Feringa vorig jaar de Nobelprijs won. Het is een relatief nieuw onderzoeksgebied, maar in de natuur zijn moleculaire machines overal te vinden; bijvoorbeeld, ze zijn verantwoordelijk voor spiercontractie, voortbeweging in spermacellen en bacteriën, celverdeling, en DNA-replicatie in de celkern.

Zelfmontage

Door hun extreem kleine schaal, en het feit dat de meeste kunstmatige moleculaire machines alleen kunnen functioneren als ze in een vloeistof zijn gesuspendeerd, het is over het algemeen onmogelijk om de kracht die ze kunnen uitoefenen te oogsten omdat ze werken in een 'stormachtige' omgeving met de alomtegenwoordige (alomtegenwoordige) Brownse beweging (willekeurige beweging van deeltjes die in een vloeistof zijn gesuspendeerd). Hoe dan ook, het meetbaar maken van deze krachten is precies wat nodig is om ze te gebruiken. Tibor Kudernac, Universiteit Twente-onderzoeker en oud-collega van Ben Feringa, daarom stelde zichzelf het doel om synthetische moleculaire machines te ontwikkelen waarvan het vermogen kon worden gemeten en in gebruik genomen. Om dit te behalen, hij richtte zich op supramoleculaire chemie, en in het bijzonder zelfmontage. Kudernac en zijn mede-onderzoekers hebben chemische bouwstenen ontwikkeld die van nature samenklonteren tot tubuli, buisachtige structuren tot een micrometer lang en enkele nanometers breed. Wanneer deze buisjes worden verlicht met licht, mechanische spanning stapelt zich op in hun structuur totdat een drempelwaarde wordt overschreden en de structuur abrupt uit elkaar valt, het vrijgeven van de energie. Op deze manier, de onderzoekers slaagden erin lichtenergie om te zetten in een opgeslagen spanningsenergie die vervolgens de specifieke mechanische respons voedt.