Wat sluipt daar toch rond? Geen spin of worm, maar een levenloos kristal. Onderzoekers demonstreerden verschillende bewegende moleculen.

Kristallen worden vaak gezien als stijf en breekbaar. Maar dat is lang niet altijd het geval. Wanneer je sommige beschijnt met licht, komen ze tot ‘leven’ en beginnen ze te bewegen. Dat ontdekten onderzoekers van onder meer de King Saud Abdulaziz University. Zij publiceerden hun resultaten tijdens een bijeenkomst van de American Chemical Society.

Lees ook:

• Vloeibaar kristalpolymeer verplaatst zich en grijpt objecten
• Coole kristallen voor koele computers
• Tijdkristallen makkelijker te maken dan gedacht

Heen en weer

Al in 2021 ontdekte de groep, onder leiding van Rabih O. Al-Kaysi, dat zogenoemde antraceen-moleculen in staat zijn te reageren op licht. Antracenen zijn moleculen die bestaan uit drie ringen, met daaraan nog een zijgroep gebonden. Die zijgroep roteert wanneer de binding uv- of zichtbaar licht absorbeert. Dit fenomeen wordt fotoisomerisatie genoemd, omdat je dan een ander isomeer krijgt (hetzelfde molecuul maar dan met de zijgroep de andere kant op gericht).

Zolang je licht blijft schijnen, blijft die zijgroep steeds maar heen en weer gaan. Maar het zijn nog geen bewegende kristallen. Daarvoor is het eerst nodig de moleculen te laten stapelen tot kristallen. Dat doen de onderzoekers door de antracenen te injecteren in een vloeistof met zeep. De kristalklompjes die ontstaan worden steeds weer in een nieuwe zeepoplossing gedaan met nog meer antraceenmoleculen.

Harige ‘spinnen’

Uiteindelijk krijg je dan grote kristalvormen, zoals draden, linten en harige ‘spinnen’. Sommige worden zo groot dat ze zichtbaar zijn met het blote oog. Het proces is willekeurig, maar de onderzoekers willen nog testen of het is te sturen door te spelen met de temperatuur, hoeveelheid gebruikte zeep en de snelheid waarmee ze de oplossing roeren.

Nu het kristallen zijn, kunnen ze in het licht gecoördineerd bewegen: de draden wriemelen, de linten dansen en de ‘spinnen’ kruipen. Al-Kaysi en collega’s ontdekten dat ze ook nooit moe werden; zolang het licht maar aanstaat, blijven de kristallen zich roeren. Bovendien breken ze niet snel, zijn ze niet vatbaar voor elektromagnetische verstoring en bezitten ze een enorme kracht ten opzichte van hun grootte.

De genoemde eigenschappen maakt de fotomechanische kristallen, zoals ze ook wel worden genoemd, geschikt voor heel wat toepassingen. De onderzoekers zelf denken aan moleculaire robotjes die medicijnen afleveren in het lichaam en arrays die de waterstroom rondom een onderzeeboot kunnen regelen.

Bron: American Chemical Society

Beeld: American Chemical Society

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!