Vanmorgen ontvingen drie pioniers op het gebied van chemie - Jean-Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart en Bernard L. Feringa - de Nobelprijs voor chemie voor hun werk op moleculaire machines. In plaats van ijzer en staal, gebruiken deze kleine apparaten moleculaire componenten, draaien en pompen net zoals levensgrote krukken en zuigers. Onzichtbaar voor het blote oog, deze nanomachines kunnen uiteindelijk worden gebruikt in nieuwe materialen, sensoren of zelfs gerichte levering van medicijnen.
gerelateerde inhoud
- Wat is er nodig om een Nobelprijs te winnen? Vier winnaars, in hun eigen woorden
Het trio heeft enorme bijdragen geleverd aan een moleculaire gereedschapskist die nog maar het begin is voor deze gadgets op nanoschaal. "Ik voel me een beetje zoals de gebroeders Wright die voor het eerst 100 jaar geleden vlogen, en mensen zeiden waarom hebben we een vliegmachine nodig?" Vertelde Feringa de commissie Nobel tijdens een telefoontje, melden Nicola Davis en Ian Sample bij The Guardian. "En nu hebben we de Boeing 747 en de Airbus."
Er zijn al veel materialen die chemisch kunnen worden geproduceerd. Maar nu met de toevoeging van deze kleine bewegingen, "is er eindeloze gelegenheid", zegt hij. "Het opent een hele nieuwe wereld van nanomachines."
In 1983 maakten Jean-Pierre Sauvage en zijn Franse onderzoeksgroep de eerste stap in de richting van het creëren van de minuscule apparaten, waarbij hij een uitdaging overwon die velen voor hem verbaasde. Met behulp van een koperion trokken hij en zijn team twee halvemaanvormige moleculen aan, waardoor ze samen een ring werden vergrendeld om een zogenaamde mechanische binding te creëren.
De volgende grote doorbraak kwam in 1991, toen Stoddart een as van nano-formaat maakte met behulp van een moleculaire ring vrij van negatief geladen elektronen en een staaf rijk aan elektronen. Toen de twee elkaar in oplossing ontmoetten, trokken ze elkaar aan en de staaf gleed als een as door de ring. De toevoeging van warmte leidde tot de beweging. In de jaren daarna heeft Stoddart deze kleine beweging zelfs in een computerchip verwerkt.
Feringa's belangrijkste bijdrage aan het veld kwam in 1999 toen hij en zijn team de eerste moleculaire motor ontwikkelden. De draaiende bewegingen van moleculen zijn meestal willekeurig, maar Feringa was in staat om een molecuul te ontwerpen dat in één gecontroleerde richting draait. Hij voegde deze moleculaire "wielen" toe aan een koolstofchassis om een moleculaire auto te creëren die zijn oomph krijgt door lichtpulsen.
Onderzoekers geloven dat nanomachines het potentieel hebben om een revolutie teweeg te brengen in informatica, gezondheidszorg en materiaalkunde. Op een dag zouden nanomachines kunnen werken als kleine moleculaire robots, organen repareren of de omgeving opruimen.
Ze kunnen zelfs een revolutie teweegbrengen in steden, vertelt Mark Miodownik, professor in materialen en maatschappij aan het University College London, aan Hannah Devlin van The Guardian . "Als je infrastructuur zoekt die voor zichzelf zorgt - en ik denk van wel - dan weet ik vrij zeker dat we op weg zijn naar zelfherstellende systemen, " zegt hij. "We hebben plastic buizen die zichzelf kunnen repareren of een brug die wanneer deze wordt gescheurd, deze machines hebben die de brug op microscopische schaal herbouwen. Het is nog maar net begonnen. Het potentieel is echt enorm."
Onderzoekers nemen al grote stappen in de richting van het gebruik van de moleculaire machines, meldt Sarah Kaplan in The Washington Post . Vorig jaar gebruikten onderzoekers in Duitsland moleculaire machines om een antikankersamenstelling te bouwen die door licht wordt in- en uitgeschakeld. Hierdoor kunnen artsen zich op getroffen gebieden richten zonder gezond weefsel te beschadigen. Een andere groep creëerde een moleculaire "robot" die aminozuren als een kleine bewegende arm aan elkaar kan koppelen.
Maar de technologie staat nog in de kinderschoenen en er komt nog veel meer. Volgens Nobelprize.org, "bevindt de moleculaire motor zich in dezelfde fase als de elektromotor in de jaren 1830, toen wetenschappers verschillende draaiende cranks en wielen vertoonden, onbewust dat ze zouden leiden tot elektrische treinen, wasmachines, ventilatoren en voedselverwerkers."
