Technologie nieuws

Nieuwe besturing moleculaire motor

Onderzoekers dr. Anouk Rijs (FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen) en prof.dr. Wybren Jan Buma (Universiteit van Amsterdam) hebben samen met een groep internationale wetenschappers een nieuwe methode ontwikkeld om moleculaire machines gecontroleerd en voorspelbaar aan te sturen.

In de natuur spelen moleculaire machines een sleutelrol in de werking van levende cellen. Om dat te evenaren proberen wetenschappers zelf kunstmatige machines te bouwen uit moleculen, met vergelijkbare eigenschappen als bijvoorbeeld macroscopische tandwielen, zuigers, liften en motoren. De werking van moleculaire machines is gebaseerd op het aansturen van de onderlinge bewegingen van hun componenten. Zulke onderdelen meten een paar nanometer. Bij het bestuderen van hun bewegingen onder normale omstandigheden zorgen de visceuze krachten (‘stroperigheid’) en de wanordelijke beweging van de moleculen en hun onderdelen voor een onscherp beeld. Rijs en Buma onderzochten een populair type moleculaire motoren: rotaxanen. Door gedoseerde invloed over de storende omgevingseffecten kregen ze de rotaxaanbeweging onder controle. 


De wisselwerking tussen de twee componenten – de as en de ring – van een prototype rotaxaan kan getuned worden door één voor één oplosmiddelmoleculen toe te voegen (illustraties: FOM) 

Rotaxanen
Rotaxanen zijn moleculen met een ideale structuur voor toepassingen als moleculaire machines. Ze bestaan uit een centrale as en een ring die zich in principe vrij over de as kan bewegen, maar wel één of meerdere voorkeursposities op die draad heeft. De ring tussen die voorkeursposities laten bewegen ligt aan de basis van moleculaire machine-toepassingen. Onderzoekers van het FOM-Instituut Rijnhuizen en de Universiteit van Amsterdam hebben samen met collega’s van Università di Bologna en de University of Edinburgh een nieuwe methode ontwikkeld waarmee ze de ring gecontroleerd los kunnen koppelen van de draad. Tegelijkertijd houden ze een scherp beeld van het proces, door sterk afgekoelde rotaxanen te onderzoeken die geïsoleerd zijn van hun omgeving. Hun aanpak om de interacties tussen draad en ring stapsgewijs te regelen is door één voor één moleculen oplosmiddel toe te voegen aan één geïsoleerd rotaxaanmolecuul.

Infraroodspectroscopie
Anouk Rijs en haar collega’s gebruikten infraroodspectroscopie om te bepalen in hoeverre ring en draad nog aan elkaar gekoppeld waren, en om te kijken welke structuur het rotaxaan bij toenemende ontkoppeling aanneemt. Om de toestand van de moleculaire machine uit te lezen gebruikten ze de vrije elektronen infraroodlaser Felix van FOM-Rijnhuizen, die het benodigde enorme bereik aan infrarode golflengtes met hoog vermogen kan produceren. In hun experimenten hebben Rijs en Buma laten zien hoe de binding tussen ring en draad langzaam verandert als meer oplosmiddelmoleculen worden toegevoegd.

Het blijkt dat er na toevoeging van vier à vijf oplosmiddelmoleculen dramatische veranderingen optreden in het infraroodspectrum die direct aangeven dat op dat moment de ring ontkoppeld is van de draad. Het hele proces lijkt in veel opzichten op het loslaten van een rem door de remdruk te veranderen. Het gecontroleerd loslaten van deze moleculaire rem is een essentiële stap in toepassingen van rotaxanen waarin de ring verplaatst wordt. Experimenten waarbij op analoge wijze de ring verplaatst wordt, zijn volgens de resultaten in Angewandte Chemie binnen handbereik.


Voorbeeld van een infrarood absorptiespectrum van het complex van een rotaxaan met één methanol-molecuul (zwart) en met vijf methanol moleculen (blauw). Het infraroodspectrum laat zien dat wanneer er vijf oplosmiddelmoleculen zijn toegevoegd, de ring vrij komt van de as. Dit is het duidelijkst te zien aan het verdwijnen van de oranje band in het spectrum, die de wisselwerking tussen de ring en draad weergeeft

  • NGC en Siemens Energy gaan strategische samenwerking aan

    NGC en Siemens Energy gaan strategische samenwerking aan

    NGC is leverancier van onder meer tandwielkasten. (Foto: Paul Quaedvlieg)Onlangs hebben Nanjing High Speed & Accurate Gear Group, een dochteronderneming van de NGC Group, en Siemens Energy Global, een strategische raamovereenkomst getekend. In de toekomst zullen beide partijen hun samenwerking in de Energiesector, Olie- en… Lees verder →

  • KEB Automation

    KEB Automation frequentieregelaar met encoderless safety

    Met de Combivert F6 Drive PRO biedt KEB Automation een all-in-one oplossing voor asynchrone, synchrone, IPM, en synchrone reluctantie motoren, met of zonder encoder. De Combivert F6, voor vermogens van 2,2 kW tot 450 kW, is beschikbaar in lucht- en vloeistofkoeling en in opbouw en… Lees verder →

  • AE group URE 14 elektromotor

    De elektromotor, trends, technologie & toekomst (deel 2)

    De AE Group ondersteunt al jaren studententeams waaronder het URE team (foto: URE)De elektromotor heeft door de decennia heen veel ontwikkelingen doorgemaakt. En nog steeds is er geen sprake van ‘uitontwikkeling’. Zowel bedrijven als universiteiten voeren nog alle dagen (wetenschappelijk) onderzoek uit in het kader… Lees verder →

  • B&R Hypervisor bespaart ruimte in mobiele machines

    Met de Hypervisor-software kunnen meerdere besturingssystemen parallel op één apparaat worden uitgevoerd. De besturingssystemen kunnen via een virtueel netwerk met elkaar communiceren. (Foto: B&R)B&R rust zijn pc voor mobiele machines uit met B&R Hypervisor-software. Hierdoor kan het tegelijkertijd dienen als zowel een krachtige controller als… Lees verder →

  • Whylot

    Renault Groep neemt minderheidsbelang in elektromotoren-fabrikant Whylot

    Renault en Whylot gaan intenser samenwerken bij de ontwikkeling van axiale flux elektromotoren (bron: Whylot) De Renault Groep neemt onlangs een minderheidsbelang van 21% genomen in Whylot. Dit technologiebedrijf is gespecialiseerd in de ontwikkeling en fabricage van innovatieve elektromotoren. Deze investering versterkt de bestaande samenwerking… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven