Chemische ingenieurs aan de Ludwig-Maximilians-Universität (LMU) in München, Duitsland, hebben de eerste moleculaire motor ontwikkeld die een achtvormige beweging mogelijk maakt.

Moleculaire motoren zetten extern toegevoerde energie om in gerichte bewegingen en vormen daarmee een belangrijke basis voor toekomstige toepassingen in nanotechnologie. De eerste dergelijke motoren werden eind jaren negentig ontwikkeld, en sindsdien is er een groeiend aantal verschillende systemen opgezet. Een specialist op dit gebied is de LMU-chemicus Dr. Henry Dube, die nu met zijn promovendus Aaron Gerwien een belangrijke doorbraak heeft bereikt:Zoals gerapporteerd door de wetenschappers in het tijdschrift Natuurcommunicatie , ze zijn erin geslaagd een moleculaire motor te ontwikkelen die een voorheen onbereikbare complexe beweging op een achtvormig pad kan uitvoeren.

Alle door Dube ontwikkelde moleculaire motoren zijn gebaseerd op dezelfde klasse moleculen, zogenaamde hemithioindigo-kleurstoffen, die de wetenschappers chemisch wijzigen. De beweging vindt plaats wanneer de motoren op verschillende manieren rond chemische bindingen in het molecuul draaien. "Alle bekende moleculaire motoren tot nu toe, echter, waren alleen in staat om lineair te bewegen of in cirkels te draaien, ", zegt Dube. De wetenschappers ontdekten de nieuwe motor toen ze een zogenaamde julolidinegroep inbrachten om de schakeleigenschappen van hun motoren te verbeteren. "Bij wijze van experiment, we ontdekten toen dat de structurele aanpassingen tot deze volledig nieuwe beweging leidden, " zegt Dube. "Waarschijnlijk omdat julolidine een zeer sterke elektronendonor is."

Allemaal samen, de achtvormige beweging van de nieuwe motor verloopt in vier stappen, afwisselend lichtgestuurde en thermisch aangedreven bindingsrotaties. In deze context, de thermische stappen induceren een zogenaamde hula-twist rotatie, die een structurele verandering veroorzaakt die omgekeerde beweging verhindert. Een ander voordeel van de nieuwe motor is dat de door licht aangedreven stappen kunnen worden opgewekt door groen licht, bijvoorbeeld door bestraling met groene leds. Groen licht is veel minder energierijk dan UV of blauw licht, die wordt gebruikt om de meeste bestaande motoren aan te drijven. Groen licht heeft daardoor minder schadelijke invloed op de omgeving van de motor dan licht van hogere energie, wat zou, bijvoorbeeld, chemische bindingen afbreken. De wetenschappers zijn ervan overtuigd dat hun nieuwe motorsysteem de mogelijkheden van moleculaire machines aanzienlijk zal uitbreiden en geheel nieuwe toepassingen voor nanotechnologie zal openen.