De moleculaire motors uit Ben Feringa’s laboratorium blijven fascinerend, maar toch lopen ze ook tegen een paar problemen aan. Om het draaimechanisme te laten werken, heb je vaak licht van hoge intensiteit nodig (meestal uv-licht) wat schadelijk kan zijn voor de motor zelf of de omgeving daaromheen. Een ander punt van aandacht is het volgen van je motor, dat lukt namelijk nog niet. Lukas Pfeifer, Nong Hoang en collega’s van het Stratingh Institute for Chemistry en het Zernike Institute for Advanced Materials hebben deze twee problemen aangepakt.

De Groningse onderzoekers fabriceerden drie varianten van de motor met dus twee licht-geactiveerde functies in één molecuul. Bij twee van deze motortjes kun je kiezen welk onderdeel je activeert met verschillende lichtfrequenties. Bij motor 1 heb je twee mogelijke golflengtes voor rotatie: één-foton excitatie (1PE) bij 445 nm en twee-foton excitatie (2PE) bij nabij-infraroodlicht van 800 nm. Bij de rotatie komt een kortstondige hoeveelheid licht vrij via fotoluminescentie. Bij licht van 400 nm krijg je wederom 1PE, maar in plaats van rotatie krijg je relatief langdurige fotoluminescentie (1,6 ns).

Het geheim achter deze prestatie zit hem in de trifenylamine substituenten. De drie motors hadden één, twee of drie van deze substituenten, vastgezet met een driedubbele binding. Naast een handig vrij-elektronpaar van het stikstofatoom, dat je kunt inzetten in fotochemische reacties, vergroten deze moleculen ook de werkzame doorsnede (de maat voor de waarschijnlijkheid dat een bepaalde wisselwerking tussen deeltjes plaatsvindt).

Met deze dubbele werking van lichtgeven en roteren liggen praktische biologische toepassingen in het verschiet, aldus de onderzoekers. Denk daarbij vooral aan non-invasieve manieren om de motors zowel te lokaliseren als te opereren in een complex biologisch systeem. Of als moleculaire politiewagen voor een toekomstige NanoCar Race (zie onder).

Pfeifer, L. et al. (2022) Sci. Adv. 8(44), DOI: 10.1126/sciadv.add0410