Het molecuul en het complex

Amerikaanse onderzoekers hebben een supramoleculair molecuul gemaakt dat op veel verschillende manieren kan samenklonteren en steeds een andere kleur licht uitzendt. In Nature Communications leggen zij uit dat dit molecuul geschikt is voor een nieuwe encryptiemethode.

Sommige fotoluminescente materialen kun je al gebruiken als beveiligde inkt. Helaas zijn er nog te weinig materialen die in staat zijn om onder invloed van externe stimuli een wijd spectrum aan kleuren uit te zenden. Het zou helemaal ideaal zijn als je deze materialen kunt verifiëren zonder het oorspronkelijke bericht te decoderen. Een nieuw molecuul lijkt aan al deze eisen te voldoen.

Fraser Stoddart en zijn collega’s van Northwestern University krijgen dit voor elkaar met een [4]rotaxaanmolecuul. Dit molecuul bestaat uit een ingewikkeld complex van pyreengroepen en het chloorzout van diazaperopyrenium, oftewel een molecuul met veel aaneengeschakelde benzeenringen met hier en daar een stikstofatoom.

Door de ratio van de afzonderlijke onderdelen te variëren ontstaat er steeds een iets ander complex. Zo kun je ervoor zorgen dat de golflengte waarmee het molecuul licht uitzendt elke keer anders is. Bovendien kun je ook nog een molecuul toevoegen dat competitief bindt aan de hoofdketen. Dit molecuul zorgt ervoor dat de hoofdketen op bepaalde plekken niet kan aggregeren, dus dat het complex anders kleurt.

De losse componenten kun je in een cartridge stoppen. Nog voor de inkt droog is, is het complex al gevormd. Tijdens dit proces kun je de hoeveelheid beginstoffen en competitieve moleculen aanpassen om steeds een unieke encryptie te krijgen. Daar komt nog bij dat het materiaal anders kleurt op verschillende soorten papier, waarschijnlijk door noncovalente interacties.

De onderzoekers denken dat ze een effectieve en moeilijk te kraken encryptiemethode hebben gevonden. Alle variabelen samen geven ontzettend veel mogelijke samenstellingen en kleuren, en dit kan niet via reverse engineering worden gekraakt. Zo kun je niet zien of een kleur ontstaat door een bepaalde concentratie beginstoffen, of dat er gewoon veel van het competitief bindende stofje bij zit.

Onder invloed van een quencher zoals tryptofaan verandert elk plaatje op een karakteristieke manier van kleur. Zo kun je binnen een paar minuten controleren of de encryptie daadwerkelijk van rotaxaan is gemaakt.