Krotitelé molekul: vědci objevili, jak zvýšit kapacitu molekulárních čipů

Výzkumníci z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR vyvinuli molekuly, které dokážou vlivem světelného impulsu kontrolovaně měnit svou strukturu a přecházet mezi třemi různými stavy namísto dvou, jak bylo zatím běžné. Tento objev umožní ukládat do molekulárních struktur mnohem více informací než doposud. Informoval o něm vědecký časopis Chemical Communications.

Fotopřepínače. Tak se říká molekulám, které umí za pomoci světla měnit svou strukturu, což se zpravidla odráží i v jejich makroskopických vlastnostech. Po ozáření tedy například změní barvu. Z modré se třeba stane žlutá a naopak, přičemž žlutou formu lze považovat za nuly a modrou za jedničky. Jednotlivé molekuly tedy fungují stejně jako paměťové bity a jsou dobře čitelné.

„S tím rozdílem, že díky svým miniaturním rozměrům dokážou na stejné ploše uchovávat řádově větší množství informací než křemíkové čipy,“ vysvětluje Tomáš Slanina z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR, jehož skupina se fotopřepínačům dlouhodobě věnuje.

Jak přepínat molekulu
Vše ale funguje pouze tehdy, jsou-li fotopřepínače dostatečně stabilní a samovolně se nepřepínají mezi jednotlivými formami v nepřítomnosti světla, což bylo dosud obtížně splnitelné. Ačkoli tedy vědci o existenci třetího stavu obdobných molekul věděli už dlouho, raději se mu vyhýbali, protože nad přechody mezi různými molekulárními formami neměli kontrolu.

„My jsme dokázali všechny tři stavy zkrotit do jednoho systému. Teď můžeme molekulu precizně a selektivně přepínat mezi třemi stavy podle podmínek, které si sami zvolíme,“ říká spoluautor studie Jakub Copko, doktorand z vědecké skupiny redoxní fotochemie Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR.

Při přechodu z druhého do třetího stavu se tentokrát výrazně nemění barva, ale geometrie molekuly. To se hodí zejména ve chvíli, kdy je například vhodné „vytvarovat“ ji tak, aby se do určeného aktivního centra buď vešla, nebo naopak byla vytlačena ven.

Jakub Copko z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR

Schopnost přepínat látky mezi třemi různými formami umožňuje ukládat do molekulární struktury mnohem větší množství informací. Objev českých výzkumníků tak vlastně otvírá dveře vývoji molekulárních čipů.

Chemická zkratka
Vědci ze skupiny Tomáše Slaniny se ve svém výzkumu soustředí zejména na tzv. fulgidy, o něž se zajímá jen hrstka laboratoří na celém světě. A to přesto, že mají ve srovnání s jinými fotopřepínači obecně lepší vlastnosti. Příprava fulgidů totiž dosud byla velmi složitá. Tuzemští vědci ale objevili novou syntetickou cestu, která tento proces značně zjednodušuje a zrychluje.

„Když jsem nastupoval na doktorské studium, jeden fulgid jsem připravoval i měsíc. Teď, díky naší chemické zkratce, je to hotové za odpoledne,“ vypráví Jakub Copko.

Využívá k tomu tzv. one-pot reakci, při níž se všechny chemické transformace odehrávají v jediné baňce bez nutnosti izolace a čištění meziproduktů. Příprava je tak nejen rychlejší, ale zároveň vede k čistší reakci s větším množstvím produktu a snižuje ekologickou zátěž.

Tomáš Slanina z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR

„Snažíme se, aby fulgidy nebyly jen skupinou látek z učebnic, ale aby se dostaly do širšího povědomí. Obor fotopřepínačů to může posunout celosvětově,“ dodává Tomáš Slanina, který už letos díky jiné své studii získal Cenu Wernera von Siemense za Nejvýznamnější výsledek základního výzkumu. Díky práci jeho skupiny teď přípravu těchto fotopřepínačů zvládne jakákoli syntetická laboratoř na světě.

Připravila: Radka Římanová, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR, s využitím tiskové zprávy ÚOCHB
Foto: Tomáš Belloň, Ústav organické chemie a biochemie AV ČR; Siemens

Přečtěte si také

• Nový vodíkový elektrolyzér ukládá energii z obnovitelných zdrojů
• Chemičkou jsem se chtěla stát už od čtrnácti let, říká Adéla Šimková
• Vědci vyvinuli novou kontrastní látku, která pomůže včas odhalit skryté nemoci
• Rostliny v sobě mají neuvěřitelné chemické bohatství, říká Tomáš Pluskal
• Od vynálezu k praxi. Firma vyzkouší metodu jednodušší výroby metanolu
• Badatelé představili 3D materiály pro rekonstrukční a plastickou chirurgii
• Proč se Země a Venuše vyvinuly odlišně? Napoví mise, jíž se účastní i Češi
• Nová zobrazovací metoda pomůže rychleji identifikovat například rakovinné tkáně
• AMULET se zaměří na vývoj multiškálových materiálů, získal téměř půl miliardy
• Počítačový model ucha: čeští vědci vyvinuli unikátní nástroj ke zkoumání sluchu