Twente leert moleculen de nanodans

Een nieuw materiaal maakt onder invloed van licht bewegingen. Bruikbaar voor nanorobots.

AMSTERDAM - Het is een van de heilige gralen van de nanotechnologie: het ontwikkelen van machientjes die moleculaire trillingen omzetten in bruikbare mechanische beweging. Wetenschappers van het Mesa+ Instituut voor Nanotechnologie van de Universiteit Twente hebben nu een belangrijke stap gezet.


Zij hebben een polymeer ontwikkeld dat beweegt onder invloed van uv-licht. De 'slimme' kunststof kan zelfs lichte arbeid verrichten. De bevindingen zijn gisteren gepubliceerd in Nature Chemistry.


Moleculen trillen, draaien en verplaatsen zich. 'Ze doen van alles, maar op moleculair niveau', zegt hoofdonderzoekster Nathalie Katsonis. 'Zou je die moleculaire energie kunnen versterken om er beweegbare materialen van te maken? Dat was onze beginvraag.'


Dit is al eerder gedaan, maar beweging was tot nu toe altijd in één richting. 'Wij wilden complexere bewegingen, denk aan kronkelingen die de tong van een hagedis maakt.'


Trillingen op nanoschaal kunnen met behulp van zogenoemde moleculaire schakelaars worden omgezet in een gerichte beweging. Door deze nanoschakelaars in een patroon te leggen en ze te dompelen in vloeibare kristallen, worden hun bewegingen versterkt. Deze vloeibare kristallen lijken op die van de flexibele thermometers die je aantreft op kunststof biervaatjes voor thuis, die blauw kleuren als het bier de juiste temperatuur heeft. 'Bij dit soort kristallen leidt een kleine verandering in temperatuur of druk tot een grote verandering in de structuur', zegt Katsonis. 'Onze kristallen reageren heftig op veranderingen in moleculaire structuur.'


Bij het Twentse materiaal hoeft het licht niet van een bepaalde kant te komen om te kunnen bewegen; de beweegrichting zit ingebakken en is onafhankelijk van de invalshoek van het licht. Sterker: het soort beweging - oprollen, spiraalvorming, linksom, rechtsom - wordt bepaald door de manier waarop een strook is losgeknipt uit het oorspronkelijke polymeervel. Wordt er in de lengterichting geknipt, dan neemt het materiaal een spiraalvorm aan. Als bijvoorbeeld onder een hoek van negentig graden wordt geknipt, rolt het zich op.


De intensiteit van het uv-licht bepaalt hoe snel de polymeren bewegen. De onderzoekers hebben hun stroken - lengte: 1 tot 2 centimeter - al kleine magneetjes laten optillen. Dat gaat een keer of tien goed, daarna treden er microscheurtjes op waardoor de werking afneemt. 'Moleculaire structuren degraderen relatief snel', zegt Katsonis.


De onderzoekster ziet onder meer toepassingen in de soft robotics. Robots zijn nu meestal gemaakt van harde materialen als keramiek en staal. 'Voor medische toepassingen zou je soms liever zachtere materialen gebruiken.'

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.
© 2021 DPG Media B.V. - alle rechten voorbehouden