Wetenschappers van Hokkaido University hebben een kristal gefabriceerd dat autonoom heen en weer klapt terwijl het zijn flipping-patronen verandert als reactie op lichtomstandigheden. Hun bevindingen, gepubliceerd in een tijdschrift van Chemistry Europe, wetenschappers dichter bij het begrip brengen hoe moleculaire robots kunnen worden gebouwd die complexe taken kunnen uitvoeren.

Een veelvoud aan zelfgestuurde functies, zoals stofwisseling, gaat dag en nacht door in ons lichaam. Wetenschappers willen materialen en moleculaire architecturen fabriceren die ook op zichzelf kunnen functioneren.

Fysisch chemicus Yoshiyuki Kageyama en medewerkers van de Hokkaido University hadden eerder een zelfaangedreven oscillerende draaibeweging waargenomen in een kristal gevormd uit azobenzeenmoleculen en oliezuur. Azobenzeenmoleculen zijn gevormd uit twee ringen bestaande uit koolstof- en waterstofatomen, verbonden door een dubbele stikstofbinding. Deze moleculen ontvangen invallend licht en zetten de lichtenergie om in mechanische beweging, leidend tot de zich herhalende draaibeweging.

De wetenschappers wilden beter begrijpen wat deze autonome beweging drijft, dus voerden ze intensieve tests uit op kristallen die alleen uit het azobenzeen bestonden.

Ze ontdekten dat de moleculen in de kristallen waren gerangschikt in afwisselend dunne en dichte lagen. De dichte lagen houden het kristal bij elkaar en voorkomen dat het uiteenvalt, terwijl de schaarse de fotoreactie mogelijk maken.

De groep ontdekte ook dat het kristal anders omgedraaid was, of niet omgedraaid, toen een gepolariseerd licht - dat in een enkele richting oscilleert - met verschillende hoeken werd toegepast. Dit suggereerde dat azobenzeenmoleculen verschillende rollen spelen, afhankelijk van hun positie in het kristal; Als ze licht ontvangen, sommige moleculen fungeren als reactiecentra om het periodieke gedrag te initiëren, terwijl andere moleculen de beweging moduleren.

"Dit autonome gedrag vertegenwoordigt een reactie op informatie in de energiebron, de hoek van gepolariseerd licht in dit geval, resulteert in een rijke variatie aan bewegingen, " zegt Yoshiyuki Kageyama. "We hopen dat onze bevindingen verder onderzoek ondersteunen naar het bouwen van zelfbestuurbare moleculaire robots."