Zaterdag 04/12/2021

Wetenschap

0,000000000003 km/u in de eerste nanorace ter wereld

Een CNRS-medewerker kijkt naar het racecircuit: een klein gouden schijfje dat zich rechts in de opstelling achter een venster bevindt. Beeld rv CNRS
Een CNRS-medewerker kijkt naar het racecircuit: een klein gouden schijfje dat zich rechts in de opstelling achter een venster bevindt.Beeld rv CNRS

Stoffel Vandoorne is tastbaarder en sneller. Maar de eerste nanorace ter wereld, een wedstrijd met molecuulwagentjes die plaatsvindt in Toulouse, is vele malen stressvoller.

Mannen en vrouwen in blauwe stofvrije pakken met mutsje; glimmende roestvrijstalen opstellingen met meetsondes en kleine ronde kijkvensters; brommende vacuümpompen: niets in het lab van Christian Joachim in Toulouse, Zuid-Frankrijk, lijkt op het soort internationale racecircuits waarop Stoffel Vandoorne rondscheurt. En toch, als alles goed gaat is het tunnelmicroscoopcentrum van de universiteit vanaf vrijdag 11 uur toneel van de eerste nanorace in de geschiedenis. Joachim ligt er al dagen wakker van, bekent hij aan de telefoon. "Er is momenteel erg veel stress."

Molecuulautootjes

Want hoe leuk het idee publicitair ook klinkt, een wedstrijd tussen bewegende molecuulautootjes is een technisch waagstuk. De deelnemende karretjes zijn met hun miljoensten van een millimeter onzichtbaar, moeten met speciale krachtmicroscopen in beeld worden gebracht en daarmee in beweging worden gezet. "Bovendien hebben we verschillende teams die allemaal op dezelfde racebaan moeten kunnen bewegen", zegt de projectleider. Door een van de vensters in de opstellingen is dat racecircuit te zien. Een glimmend gouden schijfje, ter grootte van een euromunt.

Vier jaar geleden schreef Joachim in een populairwetenschappelijk tijdschrift een artikel waarin hij hardop fantaseerde over een race tussen bewegende moleculen. Die waren toen net in opkomst, mede door het werk van de Groningse nanowetenschapper en chemicus Ben Feringa. Hij was de eerste die aantoonde dat in organische moleculen een fysieke draaibeweging kan worden bewerkstelligd. Toen Le Monde het plan van een molecuulrace oppikte, kon het Centre national de la recherche scientifique (CNRS) eigenlijk niet meer terug. Bovendien, zegt Joachim, is het een geweldige manier om het publiek bij de abstracte nanowereld te betrekken.

Feringa kreeg er destijds een Spinozaprijs voor en gebruikte een deel van dat geld om met vier van zulke verdraaiende moleculen op nanoschaal een karretje te bouwen dat daadwerkelijk in één richting kan worden gestuurd. Daartoe worden elektrische pulsjes gebruikt, en soms licht. Het werk werd wereldnieuws en vorig jaar was het goed voor de Nobelprijs voor de Scheikunde.

In Toulouse is het team van Feringa echter niet een van de deelnemers aan de race, zegt de Nobelprijswinnaar. "We zijn wel gevraagd. Maar dit is meer een microscopistenproject, niet echt ons terrein. Bovendien zijn wij intussen op zoek naar methodes om nanokarretjes onder normale druk en temperatuur te laten bewegen. Bijvoorbeeld voor transport van geneesmiddelen."

Wisselbeker

In Toulouse strijden vanaf het startschot vier teams van drie continenten om een officiële wisselbeker. Volgens de reglementen hebben ze anderhalf etmaal om een afstand van 100 nanometer af te leggen. Ter vergelijking: een menselijke haar is duizend keer dikker dan het hele traject. Dat alles gebeurt op het gouden vlakje in een unieke scanning tunneling-microscoop, waarover het CNRS-instituut beschikt. Daarin tasten vier naalden zo precies het oppervlak af dat ze oneffenheden van een atoom dik kunnen voelen; de meeste tastmicroscopen in de wereld hebben slechts één naald.

In de race worden de naalden ook gebruikt om elektrische pulsjes aan de moleculen te geven, zodat ze überhaupt bewegen. De teams hebben elk een eigen controlekamer, van waaruit ze hun race sturen en volgen. Gekleurde stipjes moeizaam bewegend op een donker vlak, meer zal het niet zijn. De laatste dagen reden ze al kwalificaties, die bepaalden welke vier van de aanvankelijk zes deelnemende teams aan de eindronde meedoen.

Projectleider Joachim moet in alle eerlijkheid nog zien dat de deelnemers allemaal het hele circuit gaan afleggen. "Uiteindelijk gaat het erom wie in de gestelde tijd het verste komt. Die wint en krijgt zaterdagmiddag de beker." Het is echter goed denkbaar dat sommige van de moleculen niet eens van hun plek komen, beseffen de Franse organisatoren.

Vooral het team dat de gebruikte nanocar-moleculen op de goudplak zelf chemisch moeten synthetiseren, op afstand bij ongeveer het absolute nulpunt en onder hoog vacuüm, is een aanzienlijk waagstuk. Onderweg onverhoopt het hele molecuul verbranden bij een iets te grote elektrische puls is ook een reëel risico. Anderhalf etmaal is voor dit soort systemen een akelig lange tijd.

Joachim mag de onderneming graag vergelijken met de eerste autorace in 1849 van Parijs naar Rouen. "Daar begonnen 102 voertuigen aan de wedstrijd en reden maar 19 hem uit, de snelste in net geen zeven uur. Dat soort cijfers zouden me hier niet verbazen."

Meer over

Nu belangrijker dan ooit: steun kwaliteitsjournalistiek.

Neem een abonnement op De Morgen


Op alle artikelen, foto's en video's op demorgen.be rust auteursrecht. Deeplinken kan, maar dan zonder dat onze content in een nieuw frame op uw website verschijnt. Graag enkel de titel van onze website en de titel van het artikel vermelden in de link. Indien u teksten, foto's of video's op een andere manier wenst over te nemen, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234