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

  • Audi en RWE slaan energie op in second life EV-accu’s

    Audi en RWE slaan energie op in second life EV-accu’s

    Audi en RWE slaan energie op in second life EV-accu’s (Foto: Audi)Energiemaatschappij RWE heeft recent een opslagfaciliteit geopend. Deze is gebaseerd op gebruikte hoogspanningsaccu’s (EV-accu’s) van elektrische Audi’s. De installatie staat op het terrein van de waterkrachtcentrale van RWE aan een stuwmeer bij Herdecke in… Lees verder →

  • Intelligente aandrijvingen Nord creëren conditiebewaking voor predictief onderhoud

    Intelligente aandrijvingen Nord creëren conditiebewaking voor predictief onderhoud

    Intelligente aandrijvingen Nord creëren conditiebewaking voor predictief onderhoud. (Foto: Nord Drivesystems )Nord Drivesystems zet met zijn intelligente aandrijvingen sterk in op predictief onderhoud. Predictief onderhoud is de systematische voortzetting van conditieonderhoud. Het heeft als doel machines en installaties proactief te onderhouden. De methodiek kan veranderingen… Lees verder →

  • Datum SPS 2022 bekend

    SPS 2022 Neurenberg schuift iets naar voren

    Impressie van een eerdere editie van Smart Production Solutions (Foto: Paul Quaedvlieg)SPS 2022 (Smart Production Solutions) vindt dit jaar plaats van 8 t/m 10 november 2022 in Neurenberg, twee weken eerder dan in voorgaande jaren. In tijden van pandemie geeft dit de hele branche volgens… Lees verder →

  • Festo op weg naar klimaatneutraliteit

    Festo investeert fors op weg naar klimaatneutraliteit

    Festo gaat zijn CO₂-voetafdruk de komende twee jaar enorm verkleinen (Foto: Festo)Festo is op weg naar klimaatneutraliteit. “Festo gaat zijn CO₂-voetafdruk de komende twee jaar enorm verkleinen. Als gevolg hiervan zullen tegen het einde van 2023 al onze productie- en logistieke locaties, evenals de Duitse… Lees verder →

  • Damen koopt batterijcontainer Skoonbox

    Damen koopt batterijcontainer Skoonbox

    Damen koopt batterijcontainer Skoonbox (Foto: Damen)Damen Shipyards Group heeft de Skoonbox overgenomen van Skoon Energy. De maritiem gecertificeerde, multi-inzetbare batterijcontainer zal worden ingezet om op eigen werven duurzame stroom te leveren voor toepassingen waar nu nog vooral dieselgeneratoren of scheepsmotoren worden gebruikt. Deze eerste 20-voets… Lees verder →

  • Optibelt Walk

    Tandwielfabrikant Optibelt Walk weer in Nederlandse handen

    Optibelt Walk komt na 8 jaar weer in Nederlandse handen (foto: Optibelt Walk)Optibelt Walk uit het Limburgse Heijen komt na 8 jaar weer in Nederlandse handen. Het dochterbedrijf van de Duitse Arntz Optibelt Group is overgenomen door N2-Enterprise Holding. Optibelt Walk wordt ondergebracht bij United Dutch Industries. Het bedrijf ontwerpt… Lees verder →

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven