In Twente is een kunststoffolie ontwikkeld die onder uv-licht gecontroleerd vervormt en onder zichtbaar licht weer terugveert. Je zou er micromechanische systemen mee kunnen aandrijven, suggereert een publicatie in Nature Chemistry.

Het nieuws haalde de Volkskrant onder de onnavolgbare kop ‘Twente leert moleculen de nanodans’.

Dergelijke folies zijn wel eerder in de literatuur beschreven. Maar die van Nathalie Katsonis en haar MESA+-collega’s lijkt de eerste te zijn waarbij de vervorming dusdanig ingebakken zit in het materiaal, dat het niet uitmaakt van welke kant het licht komt.

Om precies te zijn zit die vervorming in een azobenzeenverbinding die op uv-licht reageert door van de trans- naar de cis-configuratie te isomeriseren. En bij die cis-vorm zitten de uiteinden dichter bij elkaar.

Die uiteinden zitten weer vast aan vloeibare kristallen, die in de folie opgesloten zitten. Zolang de kunststof nog niet is uitgehard vormen zulke kristallen uit zichzelf supramoleculaire stapeltjes, in de vorm van een wenteltrap. Door een klein hoeveelheid van een andere chirale verbinding toe te voegen, bereik je dat alle wenteltrapjes dezelfde kant op draaien.

De wenteltrapjes verspreiden zich regelmatig door de folie, en als die uithardt wordt hun vorm als het ware vastgevroren. Tijdens die uitharding ontstaan echter wel spanningen in het materiaal, door een combinatie van krimp en concentratieverschillen tussen de boven- en de onderkant van de folie.

Snijd je er vervolgens reepjes uit van 0.7 tot 0,9 mm breed, dan krullen die zich op tot een spiraalvorm. De exacte vervorming blijk afhankelijk van de richting waarin je snijdt: parallel aan de randen of scheef. De publicatie doet overigens vermoeden dat de onderzoekers zelf ook nog niet precies weten wat er gebeurt; in elk geval doen ze niet eens een poging om het krachtenspel wiskundig te beschrijven.

Zit er tevens zo’n lichtgevoelige azobenzeenverbinding in verwerkt, dan kun je die spiraaltjes onder een uv-lamp laten bewegen. In het ergste geval klapt de draairichting om. Zet je de uv-lamp uit, dan veren ze langzaam weer terug; onder zichtbaar licht is het een kwestie van seconden.

De collega’s van Chemical & Engineering News waren zo vriendelijk om er een professionele video van te maken, compleet met verwijzing naar komkommerplanten:

Bij dit alles ontstaat aan de uiteinden voldoende trekkracht om kleine voorwerpen op te tillen, of een micromechaniekje aan te drijven. In de Volkskrant speculeerde Katsonis al hardop over ‘zachte’ medische robotjes die in het lichaam wellicht wat minder collaterale schade aanrichten dan staal of keramiek.

In principe kun je de bewegingen eindeloos herhalen, maar in de praktijk zie je na een stuk of tien cycli haarscheurtjes ontstaan in het materiaal - dat punt behoeft dus nog verbetering.

bron: Nature Chemistry, de Volkskrant