Nobelprijs scheikunde 2016 ook naar Groninger

De Nobelprijs voor de scheikunde dit jaar gaat naar het ontwerp en de synthese van moleculaire machines. Bij de drie winnaars zit één Nederlander: Ben Feringa uit Groningen.

screen-shot-2016-10-05-at-11-49-53

Moleculaire machines?

Sinds twee decennia gaat de Nobelprijs van de scheikunde vaak naar onderzoek in de biochemie. Deels omdat er geen Nobelprijs voor de biologie is, maar voornamelijk omdat het overgrote niet-ontdekte deel in de fundamentele biologie veel chemie bevat. Maar niet dit jaar. Dit jaar gaan we het hebben over keiharde fysische chemie: de bouwblokken voor machines op de allerkleinste schaal. NANOBOTS! Haha, nee, maar serieus. Het kan.

Gelukkig voor ons spreekt de Nobelprijs dit jaar meer tot de verbeelding dan die van 2011 (quasikristallen) of 2013 (moleculaire dynamica-berekeningen i.c.m. quantum). Nu hebben we een nanomotor, nanoknopen en een nanoweggetje. Het is fundamenteel onderzoek, dat wil zeggen: er is geen directe toepassing. Maar als dit onderzoek wordt voortgezet, is het niet moeilijk om te zien wat er mogelijk is. Het is alsof een chemische Henry Ford de allerkleinste lopende band heeft uitgevonden. Maar wat is nu de bijdrage van ‘onze’ scheikundige uit Groningen? In het persbericht staat heel duidelijk: “Ben Feringa builds the first molecular motors”. Hij maakte de éérste moleculaire motors.

screen-shot-2016-10-05-at-12-00-09
Tijdens de persconferentie werd uitgelegd wat de bijdrage was van de Nederlander Ben Feringa: moleculaire motoren. Maar tien minuten later ging het al over ethiek, want wat nou als de nanobots het overnemen?

Moleculaire knopen leggen

Feringa en zijn groep hebben dus een motor gemaakt. Maar een motor maakt nog geen machine. Die motor moet iets kunnen aansturen. Dat ‘iets’ kan alle vormen hebben: een hefboom waarop geduwd kan worden, een object waaraan getrokken of geduwd kan worden, of een paal die rondgedraaid kan worden. Die vormen moeten ook gemaakt worden en niet zomaar uit elkaar vallen. De wetenschap van ‘welke vorm heeft het’ heet topologie. (Dat woord is inderdaad familie van topografie: welke vorm ligt waar op de kaart?)

Het was de Fransoos Jean-Pierre Sauvage en zijn groep die moleculen een hele specifieke vorm konden geven. Doorgaans deed hij dat door ze te vouwen.

molecular-knots
Deze topologische structuren bleken het meest uitdagend: a) catenaan; b) de trefoil-knoop; c) Solomons knoop.

Het moeilijke is: deze knopen zijn niet met mensenvingers te maken. Met een beetje touw en wat lijm kan veel, maar dan moet het touw wel vast te pakken zijn. Dit is nanotouw en de structuren zijn nanometers groot. Niet alleen het vastpakken is dan een probleem, maar zelfs niet de beste lichtmicroscoop kan ze zien. Dus het is ook nog eens lussen met de ogen dicht.

De kleinste bestelbus ooit

Feringa de motor en Sauvage de vormpjes. Nu moet alles nog in elkaar gezet worden. Daar komt de derde Nobelprijswinnaar om de hoek kijken. De Amerikaan Sir J. Fraser Stoddart wist de structuren letterlijk aan elkaar te rijgen.

Rotaxaan
De eerste stap laten zien hoe Rotaxaan wordt gemaakt: door een ring-structuur om een buis-structuur te schuiven. Doordat de buis wordt afgedopt met een silicium-groep, kan de ring er niet meer vanaf schuiven.

Nu zijn alle ingrediënten klaar om een enorme verscheidenheid aan machines te maken. En dat is het gave: omdat de ingrediënten zo simpel (te begrijpen) zijn, is de rest van het ontwerpen van de machine creativiteit. Als de ontwerper maar creatief genoeg is, is er extreem veel mogelijk.

Nanomachines zijn het einde van de wereld

Achja, zou dat echt? Ik weet het niet hoor. Ik hoor al jaren over nanobots, ontworpen door ‘de overheid’, om de bevolking rustig te houden. Hoewel ik altijd in ben voor een goeie complottheorie, doe ik er niet meer mee dan hartelijk om lachen. De natuur zelf maakt namelijk al veel langer nanobots, die veel gevaarlijker zijn: virussen. En slimme mensen ontmantelen die om ze vervolgens weer in te zetten voor het goede doel. De Nobelprijswinnaar voor de medicijnen van maandag gebruikte zelf ook virussen voor zijn onderzoek. En om nou te zeggen dat dàt het einde van de wereld was. Dus ik maak me geen zorgen. Laat die nanomachines maar komen.

Update Meer info over de Nobelprijs voor de scheikunde van dit jaar vind je hier:

Nobelprijs Scheikunde naar computerberekeningen aan moleculen

Deze week worden de Nobelprijzen weer uitgereikt en zojuist is die voor Scheikunde bekend gemaakt. Voordat ik het onderwerp van dit jaar zal uitleggen, kan ik alvast verklappen: als de Nobelprijs aan meer dan 3 mensen tegelijk uitgereikt mocht worden, zaten er zéker een aantal Nederlanders tussen. Desalniettemin is het onderwerp ontzettend gaaf en ik zal hieronder in lekentaal uit de doeken doen, waarom deze drie mannen wonnen.

The Nobel Prize in Chemistry 2013 was awarded jointly to Martin Karplus, Michael Levitt and Arieh Warshel "for the development of multiscale models for complex chemical systems".
De Nobelprijs in de chemie 2013 is uitgereikt aan Martin Karplus, Michael Levitt en Arieh Warshel “voor de ontwikkeling van multischaal-modellen voor complexe chemische systemen”. Afbeelding Noble Foundation.

Lees verder Nobelprijs Scheikunde naar computerberekeningen aan moleculen

Nobelprijs van de scheikunde naar quasi-kristallen

“Willen jullie bij ons komen uitleggen, waar de Nobelprijs voor de scheikunde dit jaar naartoe gaat?” Die vraag stelde De Wereld Draait Door ons. Maar het moest wel een interessant onderwerp zijn. En Robbert Dijkgraaf had al ja gezegd. Maar ja, wiskundemeisje Ionica had ons al gewaarschuwd: DWDD zegt nog wel eens af. Neemt niet weg dat wij een heleboel nieuws hebben geleerd over quasi-kristallen.

Update: Ons avontuur bij DWDD ging vanavond niet door, maar we werden wél geïnterviewd door Radio 1. Luister het gesprek hier terug.

Dit jaar gaat de Nobelprijs voor de scheikunde dus naar Daniel Shechtman, voor zijn ontdekking van quasi-kristallen.

Om uit te leggen wat quasi-kristallen zijn, zal ik eerst uitleggen wat gewone kristallen zijn. Volgens de oude definitie, is een kristal een materiaal met een repeterende basiseenheid. Stel je een eenvoudige tegelwand voor met witte tegels. Omdat de tegels zo netjes tegen elkaar aan zitten, herken je al snel een structuur met 2 soorten symmetrie. De eerste is ‘translatie-symmetrie’: als je een tegel denkbeeldig zou verschuiven, komt hij over een andere tegel heen te liggen. De andere symmetrie heet ‘rotatie-symmetrie.’ Omdat de tegels vierkant zijn, zou je een tegel denkbeeldig 90º kunnen draaien, zo dat hij weer precies over een andere tegel heen zou passen. En nog eens 90º, en nog eens. Zou je voor een vierde keer draaien, 360º dus, dan kom je weer op de originele plek uit. Badkamertegeltjes mogen alleen 1/4 deel (90º) gedraaid worden, maar in het algemeen mogen kristallijne structuren alleen 1/2 deel, 1/3 deel, 1/4 deel of 1/6 deel gedraaid worden. De rest is “verboden.”

Een andere speciale eigenschap van een kristal heeft te maken met verstrooiing van straling. Zou je straling op een monster stralen — niet zichtbaar licht, maar röntgenstraling — dan verstrooit die straling in een typisch spikkelpatroon. Aan de hand van dat spikkelpatroon zou je iets kunnen zeggen over de kristalstructuur van het monster. Hier rechts is zo’n verstrooiingspatroon te zien. Als je goed kijkt, zie je dat als je dit patroon 1/6 (360º/6 = 60º) deel zou draaien, dat je dan op hetzelfde patroon uitkomt. Dat betekent dat het kristal dat dit verstrooiingspatroon oplevert, óók steeds 1/6 deel gedraaid kan worden. Denk terug aan het tegelpatroon in het voorbeeld hierboven, dat steeds 1/4 deel gedraaid kon worden.

Nu hebben we de oude theorie van kristallografie op twee manieren beschreven: op een grote schaal (röntgenverstrooiingspatronen) en op de kleine, atomaire schaal (repeterende eenheden die kunnen transleren en roteren). En nu komt de clou van de Nobelprijs van dit jaar: professor Dan Shechtman heeft een materiaal ontdekt dat wél een verstrooiingspatroon heeft, maar géén translationele symmetrie heeft. Eigenlijk geen kristal dus, volgens de oude theorie. Sterker nog, de verstrooiingsstructuur die prof. Shechtman heeft gemeten, had een rotatie-symmetrie van 1/5 deel. En dat is verboden!

Helaas stuitte professor Shechtman op veel verzet. Heel veel verzet. Hij werd bespot en werd gedwongen om zijn baan op te zeggen. Zelfs een andere Nobelprijswinnaar, Linus Pauling, weigerde zijn werk te geloven. Shechtman ging weg bij zijn onderzoeksgroep en jaren later vond hij andere wetenschappers die samen met hem het experiment wilden controleren. Samen met hen publiceerden ze het onderzoek in 1984 en langzaam maar zeker veranderen andere wetenschappers hun mening. Op de lange termijn kreeg Shechtman het respect dat hij verdiende, weer terug. Maar tot die tijd had hij het volgens mij niet gemakkelijk. Ook wetenschappers zijn mensen en ook zij wijken niet graag af van wat ze vroeger geleerd hebben. Maar, zoals professor Shechtman het zelf zegt: “als je een wetenschapper bent, en je gelooft je eigen resultaat, vecht er dan voor. Vecht voor de waarheid. Luister naar anderen, maar vecht voor waar je in gelooft.”

Hoe die ontdekking van Shechtman nou precies in z’n werk ging, vertelt hij in dit uitstekende interview.

Meer info over de Nobelprijs voor de scheikunde van dit jaar vind je hier:

Onderzoek om te lachen: de Ig Nobelprijzen van 2011

Deze week is een spannende week voor de wetenschappelijke wereld, want dit is de week dat de Nobelprijzen worden uitgereikt. Vandaag fysiologie of geneeskunde, morgen natuurkunde en woensdag scheikunde. Vrijdag komt de Nobelprijs voor de vrede, en op een nog onbekende datum deze maand die voor de literatuur. Maandag wordt ook een soort van Nobelprijs voor de economie uitgereikt, de Sveriges Riksbank Prize in Economic Sciences in Memory of Alfred Nobel (“Zweedse Rijksbankprijs voor de Economische Wetenschappen ter nagedachtenis van Alfred Nobel”).

Ook vorige week was spannend, want toen werden de Ig Nobelprijzen uitgereikt: een parodie op de Nobelprijs, voor onderzoek dat je eerst laat lachen en daarna aan het denken zet. Dat het winnen van de Ig Nobelprijs geen deuk in je wetenschappelijke carrière betekent, bewees Andre Geim. Hij won in het jaar 2000 de Ig Nobelprijs voor het laten zweven van een kikker in een magneetveld en won vorig jaar de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn onderzoek naar grafeen.

Net als bij de echte Nobelprijs, wordt de Ig Nobelprijs toegekend in verschillende categorieën. Bovenop de zes vakgebieden waarvoor een Nobelprijs wordt uitgereikt, is de Ig Nobelprijs er ook voor psychologie, biologie, wiskunde en ‘publieke veiligheid’. Ook dit jaar zijn er weer een heel aantal opmerkelijke onderzoeken in de prijzen gevallen.

Een paar van mijn favorieten. De Ig Nobelprijs voor de scheikunde bijvoorbeeld is uitgereikt aan een onderzoek naar de ideale concentratie wasabi in de lucht om slapende mensen met gehoorproblemen te wekken in geval van nood (patent). Voor de literatuur ging de prijs naar een artikel over hoe te procrastineren en toch nuttige dingen te doen. De prijs voor de wiskunde ging naar een hele groep mensen die stuk voor stuk het einde van de wereld hadden voorspeld, omdat die mensen met hun foute voorspellingen de wereld een wijze les over wiskundige aannames en berekeningen hebben geleerd. En de burgermeester van Vilnius, Litouwen, kreeg de Ig Nobelprijs voor de vrede voor zijn oplossing tegen dure, foutgeparkeerde auto’s.

Dit jaar zijn er ook opvallend veel Nederlanders in de prijzen gevallen. Bijvoorbeeld voor de geneeskunde, voor onderzoek naar het maken van beslissingen terwijl je nodig naar het toilet moet. En voor de fysiologie, voor het aantonen dat het geeuwen van een bepaalde soort schildpadden niet besmettelijk is. Tot slot was er een Nederlander betrokken bij onderzoek dat uitzocht waarom mensen met discuswerpen wél duizelig worden, maar bij kogelslingeren niet. Dit leverde de Ig Nobelprijs voor de natuurkunde op.

De uitreikingen van de Ig Nobelprijs werden live op Youtube uitgezonden. Heb je de uitreikingen gemist, dan kun je ze hieronder ter procrastinatie terugkijken.

De hele lijst met winnaars vind je hier. Over de uitreikingen van de echte Nobelprijzen lees je binnenkort meer!

Overpeinzing van de dag

Als je door de Scheikundejongens heen zou scrollen, kom je niet ongeregeld lange lappen tekst tegen. Vandaag een korte overpeinzing. Een overpeinzing voor iedereen, die voor veel mensen iets anders zal betekenen en die je iets anders kan leren. In het geval dat je het er niet mee eens bent, hoor ik dat natuurlijk graag in de commentaren hieronder. Een vertaling van een citaat van Nobelprijswinnaar Roald Hoffman:

“Als ik scheikunde aan buitenstaanders probeer uit te leggen, heb ik grofweg drie soorten publiek: de man op de straat, mede-academici in de geesteswetenschappen en natuurkundigen. Alledrie de soorten publiek weten even weinig van scheikunde, maar het lastigste publiek is toch wel de natuurkundigen, omdat zij denken dat ze het begrijpen, maar dat doen ze niet.”

Via de Curious Wavefunction