Nobelprijs voor de Scheikunde 2016 - Wanneer molecules machines worden!

Nobelprijs voor de Scheikunde 2016 - Wanneer molecules machines worden!

Een minuscule lift, een nanoauto, een 'spier' met de grootte van een molecule ... Het is niet langer sciencefiction. Dit jaar werd de Nobelprijs voor de Scheikunde, de hoogste wetenschappelijke onderscheiding ter wereld, toegekend aan drie onderzoekers die zich toelegden op de ontwikkeling van machines die uit slechts enkele atomen opgebouwd zijn! Machines die perfect functioneren en waarvan de bewegingen gecontroleerd kunnen worden wanneer ze van energie voorzien worden.

Dat is een ware revolutie en een krachttoer van jewelste! Vooral op nanometrisch vlak is deze vooruitgang bijzonder revolutionair. De machines hebben immers minuscule afmetingen en zijn amper enkele nanometers groot. Een nanometer? Dat is een miljardste van een meter. Deze nanomachines zijn dus écht klein, vooral als we ze vergelijken met een haar, waarvan de diameter zomaar eventjes 40.000 nanometer bedraagt.

Dit is een beeld van een moleculaire lift:

En dit is een beeld van een moleculaire motor:

Trage motoren die plots sneller gaan

De drie laureaten van de Nobelprijs hebben elk hun steentje bijgedragen aan de ontwikkeling van deze moleculaire machines (zie expertversie hieronder). De recentste vooruitgang werd geboekt door de Nederlandse chemicus Ben Feringa. Deze 'technicus' van de nieuwe generatie bouwt minuscule wagens, maar ook intelligente systemen die op simpel verzoek ingeschakeld kunnen worden.

Dit is een beeld van een nanoauto:

Hij ontwikkelde roterende motoren die slechts uit enkele atoomgroepen opgebouwd zijn, moleculaire schakelaars die door licht aangedreven worden en systemen die verschillende molecules in een nauwkeurige richting kunnen verplaatsen.

"Onze eerste motoren waren nogal traag", legt de onderzoeker uit. "Ze haalden één rotatie per uur. Maar mijn studenten hebben goed gewerkt", lacht hij. "Vandaag bestaan er systemen die 10 miljoen keer per seconde rond hun eigen as kunnen draaien."
Vorig jaar werd Ben Feringa ook in België al in de bloemetjes gezet. Koningin Mathilde overhandigde hem toen de Chemie voor de Toekomst Solvay-prijs.

 

Wil je meer weten? Dan klik hier.

De saga van de moleculaire machines in drie hoofdstukken

De drie laureaten van de Nobelprijs voor de Scheikunde 2016 hebben elk hun steentje bijgedragen aan de ontwikkeling van 'moleculaire machines'.

Jean-Pierre Sauvage, een Franse chemicus, was de eerste die de nanomachines op punt wist te stellen. In 1983 slaagde hij erin twee molecules als ringen met elkaar te verbinden. Zo vormen ze een keten die ook wel 'catenaan' genoemd wordt.

Normaliter hangen molecules aan elkaar met behulp van sterke covalente bindingen, waarin de atomen elektronen delen, maar in de keten van Jean-Pierre Sauvage gaat het om een vrijere mechanische verbinding. Dat is vooral handig om moleculaire machines te ontwikkelen, waarbij bepaalde elementen zich moeten kunnen verplaatsen ten opzichte van andere.

Tien jaar later stelde de Brit Fraser Stoddart dan weer een 'rotaxaan' op punt. Hij verbond een moleculaire ring met een moleculaire as en bewees dat de ring over de as heen en weer kon schuiven. Dat is de beroemde 'moleculaire lift'.

De wagens van Ben Feringa

Net voor het jaar 2000 wist de Nederlander Ben Feringa voor het eerst een moleculaire motor te ontwikkelen.

"De moleculaire motor bevindt zich vandaag in dezelfde fase als de elektrische motor in de jaren 1830", stelt de Nobelstichting die de wereldbekende prijzen uitreikt. "In die tijd, toen wetenschappers zwengels en wielen uitvonden, wist men nog niet dat daar ooit elektrische treinen, wasmachines, ventilatoren en mixers uit zouden voortkomen. "

Ben Feringa beseft nu al hoe zijn moleculaire motoren op een dag gebruikt kunnen worden: om nieuwe materialen op punt te stellen, om nieuwe energiebevoorradingssystemen te ontwikkelen, of om geneesmiddelen te bereiden die enkel werken op de plaats waar ze nodig zijn.

Een soort van moleculaire onderzeeër volgeladen met antibiotica zou het geneesmiddel dan bijvoorbeeld kunnen vrijlaten in de onmiddellijke omgeving van de bacterie die geëlimineerd moet worden ...

En in de strijd tegen kanker zouden nanomoleculaire robots ingezet kunnen worden om de chemotherapie tot dicht bij de tumor te brengen en het geneesmiddel alleen op dat moment te activeren. Het spreekt voor zich welke voordelen deze technologie biedt. Geneesmiddelen zullen efficiënter werken en de patiënten zullen minder onaangename bijwerkingen van de chemotherapie ervaren.

Sciencefiction? De Nobelprijs wordt altijd toegekend aan onderzoekers die écht wetenschappelijke vooruitgang boeken, en dus niet aan zomaar eender welke lolbroek!

Video over moleculaire wagen:

En als je meer info wenst over de Nobel prijzen en nog meer beelden, ga naar hun website kijken!

Reageer

Fijn dat je van je laat horen!

Wil je werken in de chemie en de life sciences?