Zoeken naar een minuscule fata morgana
Een fata morgana ontstaat wanneer door zonlicht de lucht boven de grond
opwarmt. Natuurkundige Michel Orrit en zijn collegaâs hebben dit
principe gebruikt op de schaal van nanometers om enkele moleculen te
zien. Hun artikel verscheen op 15 oktober in Science.
Luchtspiegeling
Op een warme dag kan het asfalt van een weg zo heet worden, dat de
luchtlaag boven de weg ook opwarmt. In warme lucht wordt licht anders
afgebogen dan in koude lucht. Het gevolg: je ziet een voorwerp op de
weg, zoals een stoplicht, gespiegeld worden boven de weg. Men spreekt
dan van een fata morgana of luchtspiegeling.
Onthuld
Iets vergelijkbaars gebeurt als een molecuul energie uit een bundel
laserlicht absorbeert. De omgeving van het molecuul warmt dan ook een
klein beetje op. Een tweede bundel laserlicht wordt in deze omgeving
net iets anders afgebogen dan normaal. Onder de microscoop is te zien
waar dit gebeurt en hierdoor kan het absorberende molecuul worden
onthuld.
Kleine stapjes
Dat is zeer kort door de bocht de techniek die moleculair fysicus
Michel Orrit en drie collegaâs hebben gebruikt om enkele moleculen in
beeld te brengen. In werkelijkheid komt er een stuk meer bij kijken.
âHet opwarmende effect van de omgeving rond een molecuul is heel erg
zwakâ, legt Orrit uit. âWe hebben in dit onderzoek allemaal kleine
stapjes moeten doen die de techniek verbeterde, tot het lukte enkele
moleculen te zien.â
Fluorescentie
Om enkele moleculen te bestuderen wordt normaal gesproken fluorescentie
gebruikt. Hierbij worden de moleculen zichtbaar doordat ze licht
uitzenden en hun omgeving niet. âTegen de zwarte achtergrond zijn de
moleculen duidelijk te zienâ, zegt Orrit, âmaar het nadeel van deze
techniek is dat weinig moleculen fluorescerend werken. Daarentegen zijn
er wel veel moleculen die licht kunnen absorberen.â De techniek van
Orrit kan deze moleculen nu laten zien.
Fundamenteel
Onder absorberende moleculen vallen veel natuurlijke moleculen die in
ons lichaam zijn te vinden, zoals hemoglobine. Dat is een voorbeeld van
een molecuul dat Orrit nader wil gaan bestuderen. Onderzoek naar enkele
moleculen is veelal fundamenteel van aard: begrijpen hoe een molecuul
werkt of hoe het reageert met andere moleculen. Toepassingen zijn ver
weg. Orrit: âMaar informatie over de binding van moleculen zou wellicht
ooit van pas kunnen komen bij het ontwikkelen van nieuwe sensors of
medische toepassingen.â
Artikel:
A. Gaiduk, M. Yorulmaz, P.V. Ruijgrok, M. Orrit, Room-Temperature
Detection of a Single Moleculeâs Absorption by Photothermal Contrast
In: Science van 15 oktober 2010
Universiteit Leiden