‘Gebombardeerd door rotsblokken’

Prof.dr. Bernard Lucas (Ben) Feringa, hoogleraar organische chemie aan de Rijksuniversiteit Groningen, was in 1999 de eerste die een moleculaire motor wist te maken: een molecuul waarbij een deel beweegt ten opzichte van de rest, liefst in één richting. Het molecuul van Feringa bestond uit een propeller die voortdurend in dezelfde richting draaide zolang het werd beschenen met flitsen ultraviolet licht.

Dr. Rienk Eelkema, universitair docent bij Chemical Engineering (Faculteit TNW) promoveerde in 2006 bij Feringa en ontwikkelde zelf ook een moleculaire motor om een microscopisch object mee te draaien. Hij was erg verrast door de toekenning vorige week. “Ik had het later verwacht”, vertelt Eelkema. “Meestal wordt een Nobelprijs in de Chemie toegekend als de eerste toepassingen verschijnen. Dat is bij moleculaire motoren nog niet het geval.”

Waarom dan toch een Nobelprijs? Omdat het volgens Eelkema een heel nieuw onderzoeksveld is. “Er was indertijd niemand mee bezig. Feringa is gewoon iets gaan doen waar niemand aan gedacht had, en heeft in dat gebied belangrijke stappen gezet.”

Toepassingen verwacht Eelkema in eerste instantie van moleculaire schakelaars, dat zijn moleculen met twee mogelijk vormen die onder externe invloed (licht, warmte, zuurgraad) omschakelen. Als voorbeeld noemt hij getinte brillenglazen die kleuren onder invloed van licht. Moleculaire motoren zullen vast wel toepassingen vinden, denkt Eelkema, maar dan iets wat wij nu nog niet kunnen bedenken. Wat dat betreft is het een vrij fundamentele Nobelprijs dit jaar.

“Feringa dacht groot. Ik denk niet dat hij heel verbaasd was toe hij hoorde dat hij de Nobelprijs kreeg”, vertelt chemicus dr. Wolter Jager (TNW). Jager promoveerde in 1994 bij Feringa op moleculaire schakelaars.

Wat je met nanomachientjes kunt is nog volstrekt onduidelijk. Wat maakt het onderzoek van Feringa Nobelprijswaardig? “Wat synthetisch chemici doen is het maken van moleculen. Veelal met een praktisch doel voor ogen, bijvoorbeeld bij de ontwikkeling en vervaardiging van geneesmiddelen, maar vaak ook om de grenzen te verkennen van wat mogelijk is. Met de synthese van moleculaire nanomachientjes laat je zien dat individuele moleculen de mechanische functies kunnen vervullen waar wij in ons dagelijks leven zo vertrouwd mee zijn. Maar dan op een schaal die ruwweg een miljard maal kleiner is. Dat is grensverleggend onderzoek en om die reden een Nobelprijs waard.”

Speculeren over toepassingen durft Jager niet. “De nanomachientjes zijn niet veel groter dan de moleculen om hen heen. Dat betekent dat ze aan grote krachten blootstaan. Ze worden continu gebombardeerd. De analogie met de auto die vaak gemaakt wordt, is leuk. Maar denk maar niet dat die auto rechtuit gaat. Hij wordt doorlopend gebombardeerd door grote rotsblokken.”

“Dat toepassingen gaan komen is wel zeker, alleen durf ik niet te zeggen welke. Je weet nooit hoe die dingen gaan. Internet was in het begin ook een hobby van enkele academici waar niemand een stuiver voor gaf.”

Hoogleraar zelf-assemblerende systemen prof.dr. Jan van Esch (TNW) werkte als postdoc en universitair docent in de vakgroep van Feringa tot hij in 2007 aan de TU Delft een onderzoeksgroep ging leiden. Hij vindt dat Feringa een doorbraak heeft bereikt.

“De doorbraak is dat het gelukt is om energie aan een systeem toe te voegen en dat direct om te zetten in beweging. Normaal gesproken wordt er warmte ontwikkeld en die moleculaire chaos zetten we dan met machines om in beweging. Een moleculaire motor zet straling direct om in beweging”, aldus Van Esch.

De natuur gebruikt wel moleculaire motors. Een cel zou niet zonder kunnen functioneren. Om te begrijpen hoe de natuur dat doet kun je volgens Van Esch de natuur nauwgezet bestuderen. Of je kunt, zoals Feringa deed, kijken of je zelf moleculaire motors kunt bouwen. “Daaruit volgt begrip.”

Als eerste toepassingen verwacht Van Esch moleculen die op een nuttige manier externe energie om kunnen zetten in beweging bijvoorbeeld als moleculaire sensor of versterker. Daarmee wordt het mogelijk om kleine chemische signalen te versterken zonder de tussenkomst van elektronica.

Met dank aan prof.dr. Isabel Arends (TNW) voor de contacten.