CYANIDEGROEPEN ZIJN DE SLEUTEL TOT MOLECULAIRE LEGO

In de nanotechnologie gaapt er nog een gat tussen aan de ene kant de relatief kleine moleculen (van ongeveer een nanometer) zoals scheikundigen die in elkaar zetten, en de nanostructuren (van zo'n honderd nanometer) waaruit bijvoorbeeld de elektronica van de toekomst zal zijn samengesteld. Japanse scheikundigen hebben onlangs echter een belangrijke stap gezet om dat gat te dichten. Ze deden dat door ringvormige moleculen te voorzien van speciale zijgroepen, waardoor die lange rijen vormden of zich spontaan rangschikten in grotere eenheden (Nature, 11 okt.).

De natuur levert de prachtigste illustraties van de manier waarop uit simpele basiseenheden grote structuren kunnen worden opgebouwd. Gebruik makend van eenvoudige chemische en fysische bindingen ontstaat zo de dubbele helix van het DNA of de regelmatige structuren die kenmerkend zijn voor veel eiwitten. Tot nu toe viel het echter niet mee om dezelfde soort trucs na te bootsen met synthetische moleculen. Vaak bleek de gevormde binding niet specifiek genoeg, zodat er geen goede controle was over het eindresultaat.

Scheikundigen van het National Institute of Materials Science in Nagoya en het Communications Research Laboratory in Kobe hebben daar een oplossing voor gevonden door gebruik te maken van cyanide-groepen. Deze uit een koolstof- en een stikstofatoom bestaande groep, vormt namelijk gemakkelijk een verbinding met een identieke groep die zich in de buurt bevindt. De Japanners zetten de CN-groepen vast aan grote ringvormige moleculen en legden deze plat op een goudoppervlak. Uit microscoopbeelden werd vervolgens duidelijk dat de grote moleculen elkaar op hadden gezocht en clusters van steeds drie moleculen hadden gevormd. Door meer CN-groepen per molecuul aan te brengen, konden ook grotere clusters worden gevormd of zelfs lange rijen.

Een begeleidend commentaar noemt het systeem een moleculaire Lego-doos. Toch moet er nog wel een probleem worden opgelost. Het in dit experiment gebruikte goudoppervlak vormt een ideale ondergrond, een bijna perfect vlak kristal. De vraag is of de vorming van grotere eenheden nog steeds zo makkelijk gaat op een halfgeleider zoals die in de praktijk gebruikt wordt. Mocht die hindernis echter worden genomen, dan biedt de techniek perspectief. Een bijkomend voordeel van de ringvormige moleculen is bijvoorbeeld dat ze in het centrum kunnen worden voorzien van een metaalatomen die heel goed als basis kunnen dienen om op verder te bouwen, bijvoorbeeld met speciale moleculen die bepaalde elektronische of optische functies kunnen uitvoeren.