Nieuws

Modelmoleculen op micrometerschaal

Jessica Vermeer | maandag 24 mei 2021

Onderzoekers van de Universiteit van Amsterdam (UvA) en New York University (NYU) hebben modelmoleculen op micrometerschaal ontwikkeld. Dit maakt directer onderzoek van moleculaire processen mogelijk, staat binnenkort in Nature Communications.

In scheikunde-onderwijs gebruik je vaak modelbouwsets met plastic balletjes en verbindingsstukken om molecuulmodellen te bouwen en zo moleculen te visualiseren. Omdat moleculen zo klein zijn dat je ze niet direct kunt observeren, komt onze kennis over moleculen en reacties voornamelijk uit indirecte metingen zoals infraroodspectra.

De natuur- en scheikundigen van de UvA en NYU zochten daarom naar een combinatie van de modelbouwsets en sub-nanometerschaal natuurkunde. Ze zijn erin geslaagd molecuulmodellen te bouwen van kleine plastic balletjes op micrometerschaal (colloïdale deeltjes). Deze vertonen aantrekking in bepaalde richtingen, waardoor ze de hoeken van echte chemische bindingen nabootsten.

Deze colloïdale deeltjes zijn klein genoeg om trillingen na te bootsen die moleculen als gevolg van temperatuur ondervinden, maar ook groot genoeg om zichtbaar te zijn onder een normale microscoop. Het lukte de onderzoekers ook om de interacties tussen de deeltjes zo in te stellen dat de atomen op dezelfde manier bindingen vormen en verbreken als echte atomen in scheikundige reacties.

Middels deze modelbouwset konden onderzoekers onder andere bepaalde moleculen uit de koolstofchemie reproduceren, zoals butaan en verschillende ring-configuraties. Verder observeerden ze hoe in cyclopentaan de atomen het vlak in- en uit bewegen, een fenomeen dat je tot noch toe alleen kon zien via indirecte spectroscopische metingen. De wetenschappers zagen ook hoe het meenemen van een aantrekkend oppervlak in de opstelling het ‘reageren’ van de ring met andere moleculen versterkte, zoals een katalysator zou doen.

Hoewel de modelatomen nog steeds duizend keer groter zijn dan echte atomen, zijn ze klein genoeg om willekeurige thermische bewegingen te ervaren. Daarmee is het volgens de onderzoekers een nuttig instrument om ‘moleculen’ direct in hun natuurlijke omgeving te observeren. Ze zien toepassingen in het ontwerpen van complexe materialen voor bijvoorbeeld medische toepassingen of functionele nanostructuren.

Swinkels, P.J.M. et al. (2021) Nat. Comm. 12(2810)

KVCV

Lid worden van de KVCV? Ontdek de voordelen!

Logo KVCV

KVCV Facebook

De KVCV is ook op Facebook te vinden:

facebook

Ontvang de nieuwsbrief

Meld je aan voor de nieuwsbrief en blijf op de hoogte van het laatste nieuws van Mens & Molecule.

Meld je nu aan!