Rijksuniversiteit Groningen
090 - Een druppel die bergopwaarts klimt
Datum: 29 augustus 2005
Een groep wetenschappers uit Groningen, Edinburgh en Bologna is er als
eerste in geslaagd om een met het blote oog waarneembaar object - een
druppeltje vloeistof - te verplaatsen door middel van moleculaire
motoren. "Nog nooit was ik zo blij met een beweging van een druppel,"
zegt onderzoekster prof.dr. Petra Rudolf van het Materials Science
Centre van de Rijksuniversiteit Groningen. De vinding wordt
gepubliceerd in het toonaangevende wetenschappelijk tijdschrift Nature
Materials.
Ook de natuur gebruikt moleculaire motoren om objecten te verplaatsen.
Soms zijn dit objecten van dezelfde orde van grootte als de motoren
(bijvoorbeeld eiwitten), soms ook zijn de objecten miljoenen malen
groter zijn dan de moleculen die de motoren vormen. Het samentrekken
van spieren is een voorbeeld van dit laatste.
De samenwerkende onderzoekers uit Groningen, Edinburgh en Bologna zijn
door dit laatste voorbeeld geïnspireerd. Zij hebben een kunstmatige
moleculaire motor vervaardigd die een macroscopisch object, een
vloeistofdruppel, kan verplaatsen door collectief gedrag van de
motormoleculen.
Bestuurbare moleculen
Het werk wordt verricht door een bijzonder soort moleculaire motoren,
rotaxanen geheten. Rotaxanen zijn moleculen die gevormd zijn uit een
ring die rond een staaf geschoven is. Onder invloed van licht kan de
positie van de ring op die staaf veranderen. Daarmee veranderen ook
sommige eigenschappen van het molecuul.
Bevochtigbaarheid
Het specifieke molecuul dat de onderzoekers gebruikten, bevat een
fluorinegroep. De ring kan twee posities innemen. Als de ring ver van
die fluorinegroep af staat, krijgt een oppervlak dat met dit molecuul
gecoat is dezelfde eigenschap als de bekende Teflonpan: een vloeistof
hecht zich er niet aan. Als de ring in de andere stand staat, wordt de
fluorinegroep afgedekt en kan een vloeistof zich wel aan het oppervlak
hechten. Zo is het mogelijk een oppervlak te maken waarvan de
`bevochtigbaarheid' met behulp van licht kan worden beïnvloed.
Klimmen
De onderzoeksgroep heeft een laag rotaxanen van slechts één molecuul
dik op een verguld plaatje glas of mica aangebracht. Daarop wordt een
druppeltje van één miljoenste liter vloeistof (afmeting ongeveer 1mm)
aangebracht. De vloeistof di-iodomethaan werkt het beste. Als nu vlak
naast het druppeltje met een lichtstraal de `bevochtigbaarheid' wordt
veranderd, gaat het druppeltje bewegen in de richting van het belichte
gebied. Dat lukt zelfs als het oppervlak schuin staat en de druppel
tegen een helling van twaalf graden op moet klimmen.
Laboratoria op een chip
Het gevonden principe zal goed gebruikt kunnen worden om uiterst
kleine hoeveelheden vloeistoffen te verpompen in `laboratoria op een
chip', voorspelt Rudolf. Vooral uit de medische hoek bestaat daarvoor
veel belangstelling.
Noot voor de pers
Meer informatie: prof. dr. Petra Rudolf, Materials Science Centre,
tel. (050) 363 4843/4736,
e-mail: P.Rudolf@rug.nl
Illustraties: Foto's en video-opnamen van het experiment zijn
beschikbaar.
Titel: Macroscopic transport by synthetic molecular machines.
Betrokken onderzoekers:
José Berná, David A. Leigh, Emilio M. Pérez, School of Chemistry,
University of Edinburgh, The King's Buildings, West Mains Road,
Edinburgh EH9 3JJ, Verenigd Koninkrijk
Monika Lubomska, Sandra M. Mendoza, Petra Rudolf, Materials Science
Centre, Rijksuniversiteit Groningen, Nijenborgh 4, 9747 AG Groningen
Gilberto Teobaldi , Francesco Zerbetto, Dipartimento di Chimica `G.
Ciamician', Universitá degli Studi di Bologna, v. F. Selmi 2, 40126
Bologna, Italië
Voor een samenvatting van het artikel zie:
www.nature.com/naturematerials