Moleculaire motor drijvende kracht achter nanomachine

Rotaxanen, moleculaire systemen die bestaan uit een vrij bewegende ring rond een centrale as, zijn veelbelovend als aandrijving van toekomstige nanomachines. Dit concluderen UvA-wetenschapper Wybren Jan Buma en scheikundige Anouk Rijs (FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen).

Een nanomachine kan onder meer worden gebruikt in moleculaire geheugens en bij het transporteren en vrijgeven van medicijnen. Samen met een internationale groep wetenschappers onderzochten Buma en Rijs de structuur van een geïsoleerd rotaxaan via infraroodspectroscopie. De resultaten van het onderzoek zijn op 4 februari gepubliceerd in het prestigieuze Journal of the American Chemical Society.

Infraroodspectroscopie

Buma en Rijs gebruikten infraroodspectroscopie om de interacties in rotaxanen te bekijken. Rotaxanen, ook wel ‘moleculaire motoren' genoemd, zijn complexen van moleculen. Ze hebben een centrale as met daaromheen een ringvormig molecuul. Met infraroodspectroscopie kan de trillingsfrequenties van de verschillende bindingen in een molecuul worden bepaald. Door hun aanpak konden Buma en Rijs een ‘vingerafdruk' meten van zowel de losse onderdelen als van het complete rotaxaan. Uit een vergelijking van de patronen blijkt direct waar en hoe sterk de verbinding tussen ring en as is, zonder ingewikkelde berekeningen.

Ankers

Buma en Rijs constateerden dat de verbinding alleen afhangt van de bouw van het ankercomplex (het gedeelte van de as waarop de ring bij voorkeur zit vormt samen met de ring een ankercomplex). De ‘stoppers' aan het uiteinde van de as, die ervoor zorgen dat de ring niet van de as schuift, hebben geen invloed op de interactie tussen as en ring. Wel zichtbaar was het effect van verschillende ankers. ‘Je kunt de ankers zo kiezen, dat hun effect goed te onderscheiden is van andere interacties in het geheel,' vertelt Rijs. Verder laten de infrarode vingerafdrukken nauwkeurig zien hoe het in elkaar grijpen van de verschillende onderdelen ook de interne bindingen in de componenten beïnvloedt. Buma: ‘Die vingerafdrukken zijn dus uitstekende monitors om de toestand van dit soort moleculaire motoren uit te lezen.'

A.M. Rijs, I. Compagnon, J. Oomens, J.S. Hannam, D.A. Leigh, W. J. Buma: Stiff, and Sticky in the Right Places: Binding Interactions in Isolated Mechanically Interlocked Molecules Probed by Mid-Infrared Spectroscopy. Journal of the American Chemical Society, 4 februari 2009.

bron: Universiteit van Amsterdam