Wetenschappers hebben de gedetailleerde structuur achterhaald van een groep moleculen die rotaxanen genoemd worden. Met behulp van infraroodspectroscopie werden deze moleculaire motors onderzocht.
De groep moleculen die als rotaxanen bekend staan, worden door organismen onder meer gebruikt om zich voort te bewegen. De complexen bestaan in essentie uit twee moleculen, waarvan één een draaiend wiel vormt, en de ander een as met twee verdikkingen, die vermijden dat het wiel van de as glijdt. Ter hoogte van het midden van de as bevinden zich één of meer ankerpunten die het wiel laten draaien. Aangezien meerdere ankerpunten voor rotatie van het wiel kunnen zorgen, onderzochten de wetenschappers hoe deze beweging tot stand komt. De moleculaire motoren zouden dan mogelijk in nanomachines kunnen worden ingezet.
In de bestudeerde rotaxanen zorgen waterstofbruggen voor de verbindingen tussen de as en het wiel. De onderzoekers gebruikten infraroodspectroscopie om de motor-moleculen te kunnen bekijken. Volgens die methode worden de trillingsfrequenties van atoombindingen in het te onderzoeken molecuul gemeten, die dan gebruikt kunnen worden om de driedimensionale structuur en de positie van de waterstofbindingen te berekenen. Op die manier wisten de onderzoekers zowel de structuur van de rotaxanen als de individuele componenten van die moleculaire motoren te doorgronden. Om invloeden van buitenaf te voorkomen, werden de rotaxanen in een gasbundel onderzocht. Dat bemoeilijkte de infraroodspectroscopie echter, waardoor een speciale laser van het FOM-Instituut moest worden ingezet om over voldoende intens infrarood licht met de juiste golflengte te beschikken.
Uit het onderzoek bleek onder meer dat de uiteinden van het as-molecuul de interactie tussen wiel en as niet beïnvloeden: slechts de ankers zijn daarvoor verantwoordelijk. In toekomstige proeven willen de onderzoekers de invloed van een rotaxaan op zijn omgeving bestuderen en de nanomotoren in een gasfase laten functioneren. In theorie zou het onderzoek bij kunnen dragen aan het ontwikkelen van moleculaire motoren voor gebruik in nanomachines. Bij het onderzoek waren twee Nederlanders betrokken: dr. Anouk Rijs, van het FOM-Instituut voor Plasmafysica Rijnhuizen, en prof. dr. Wybren Jan Buma, die aan de Universiteit van Amsterdam is verbonden.
