Leuk, zo'n nano-auto, maar wat heb je eraan?

Onderzeeërtjes die door de bloedbaan zwemmen om het lichaam te controleren. Robotbacteriën die medicijnen bezorgen. Onzichtbaar kleine fabriekjes die in razend tempo grondstoffen aan elkaar klikken, of zelfs hele computerprintplaten bouwen.

De nanocar. Beeld Nature

Over moleculaire machientjes is het allemaal wel eens gezegd. Ooit, in de verre toekomst, zeggen experts er steevast bij; je weet nooit waar het vakgebied in uitmondt. 'Het is nu nog absoluut spielerei', zegt de Delftse nanobioloog Cees Dekker over de pioniersexperimenten met bewegende moleculaire motortjes waarvoor de Groningse nanotechnoloog Ben Feringa de Nobelprijs wint. 'Maar het zijn ook de allereerste stapjes op weg naar de toekomst. Het is alsof je van iemand die in 1948 in de weer is met stukjes halfgeleider verlangt het internet te voorspellen: geen beginnen aan.'

Dat er 'nog volop ruimte aan de onderkant' van techniek zit, werd in die woorden voor het eerst voorspeld door Richard Feynman, in een beroemde lezing voor het Amerikaanse natuurkundig genootschap de APS in 1959. Het moet mogelijk zijn, opperde Feynman, om moleculen ook mechanisch met elkaar te laten samenwerken: als onderdeeltjes van een motor, in plaats van alleen met de gebruikelijke scheikundige atoombindingen. Alsof je de legoblokjes niet alleen aan elkaar klikt met de daartoe bestemde nopjes, maar er ook onderdelen mee maakt waaruit je vervolgens een machine bouwt.

Nano-auto

De experimenten van Feringa zijn daarin voorzichtige openingszetten. In 1999 slaagde de Groninger er als eerste in om een rotortje te maken dat telkens een slagje dezelfde kant op draait onder invloed van flitsjes ultraviolet licht. De 'motor' bestaat uit twee platte moleculen die onder invloed van licht verdraaien als een soort veer, en daarna weer ontladen, met een soort zwembeweging als gevolg. Inmiddels kan de propeller 12 miljoen toeren per seconde maken.

Ronduit lollig was de 'auto' die Feringa in de jaren daarop maakte: een langwerpig molecuul met aan de uiteinden vier 'wielen', opnieuw draaiend onder invloed van licht. Bij een derde experiment dat het Nobelcomité met nadruk noemt, bracht zijn groep een glazen cilindertje van 3 honderdste millimeter aan het draaien met moleculaire motortjes - een prestatie die in afmetingen vergelijkbaar is met het in beweging brengen van een supertanker met een handboor.

De nano-auto Beeld Johan Jarnestad/The Royal Swedish Academy of Sciences

Sauva en Stoddart

De wetenschappers waarmee Feringa de prijs deelt, deden minstens zo opvallend pionierswerk. Jean-Pierre Sauvage ontdekte een manier om twee chemische ringen aan elkaar te klikken tot een soort miniketting, waarna hij het in vervolgexperimenten voor elkaar kreeg om een van de schakels gecontroleerd rondjes te laten draaien, opnieuw als een moleculaire motor.

Fraser Stoddart creëerde in 1991 een soort moleculaire bout en moer: een moleculaire as waarlangs een ringvormig molecuul heen en weer kan schuiven. Daarmee bouwde hij vervolgens een lift die zichzelf 0,7 miljoenste millimeter kan optillen: een soort spierballetje en zelfs een moleculaire transistor die volgens hem ooit aan de basis kan staan van een totaal nieuw soort computer.

Kinderspel

Hoe vernuftig het allemaal ook is, vergeleken met de levende natuur is het allemaal kinderspel. In de levende cel wemelt het van de reuzenmoleculen die eenmaal in actie sterk doen denken aan machientjes. Zo drijven sommige bacteriën zichzelf voort met een vernuftige, draaiende propellerstaart, worden grondstoffen door de cel vervoerd door een soort wandelende ballonnen op pootjes en zweven er rondom het dna diverse ruimteschipachtige gevaartes die er soms aanmeren om er allerlei werkzaamheden te verrichten.

'De grote vraag', zegt Dekker, 'is hoe we ooit van moleculen naar dit soort supercomplexe systemen kunnen komen. We willen begrijpen hoe moleculen samen een functioneel, werkend ding bouwen.' Ook daarvoor zijn experimenten zoals die in Groningen essentieel, vindt Dekker. Vooralsnog is een nano-auto alleen nuttig als je een mijt bent, grapte Feynman al in 1959. 'Maar ze zijn in elk geval leuk om te maken.'

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met de Volkskrant?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van de Volkskrant rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar copyright @volkskrant.nl.
© 2019 de Persgroep Nederland B.V. - alle rechten voorbehouden