Súčasný objav umožňuje molekulu cielene a selektívne prepínať medzi troma stavmi podľa podmienok, ktoré si vedci sami zvolia.
Fotoprepínače na báze fulgidov môžu existovať v troch rôznych formách. Vedci vyvinuli metódu, ako jednotlivé formy kvantitatívne medzi sebou prepínať pomocou kontroly multiplicity a za podmienok fotoizomerizácie. Zdroj: ÚOCHB AV ČR
Vedci z Ústavu organickej chémie a biochémie Akadémie vied ČR (ÚOCHB AV ČR) vyvinuli molekulu, ktorá vplyvom svetelného impulzu nielen mení svoju štruktúru a prechádza medzi dvoma stavmi, ako to bolo doteraz medzi takzvanými fotoprepínačmi bežné, ale dostáva sa ešte o krok ďalej.
Na základe externého impulzu dokáže prechádzať aj do tretieho stavu. Vďaka tomu je možné okrem iného uložiť do jej molekulárnej štruktúry oveľa komplexnejšie informácie ako doteraz. Článok Jakuba Copka a Tomáša Slaninu vyšiel v časopise Chemical Communications.
Cielené prepínanie molekuly medzi troma stavmi
Hoci sa v prípade obdobných molekúl vedelo o treťom stave, vedci sa mu radšej vyhýbali. Nad prechodmi medzi jednotlivými molekulárnymi formami totiž nedokázali udržať kontrolu a prítomnosť tretej formy správanie molekúl len komplikovala.
Vedci zo skupiny Tomáša Slaninu zmienenú slabinu prekonali. „Teraz môžeme molekulu precízne a selektívne prepínať medzi troma stavmi podľa podmienok, ktoré si sami zvolíme,“ uvádza doktorand Jakub Copko, jeden z autorov článku.
Jakub Copko (vľavo) a Tomáš Slanina, vedúci vedeckej skupiny redoxná fotochémia. Zdroj: ÚOCHB AV ČR, Autor: Tomáš Belloň/ÚOCHB
Chémia fotoprepínačov
Molekulám, ktoré dokážu vplyvom svetla zmeniť svoju štruktúru, sa hovorí fotoprepínače. Ich štrukturálna zmena sa spravidla premieta do premeny makroskopických vlastností. Molekula tak v okamihu, keď ju ožiari svetlo, napríklad zmení farbu, čo je viditeľné voľným okom.
Napríklad z modrej sa stane žltá a naopak. Žltú formu pritom možno považovať za nuly a modrú za jednotky. Jednotlivé molekuly teda fungujú rovnako ako pamäťové bity a sú dobre čitateľné. „S tým rozdielom, že vďaka svojim miniatúrnym rozmerom dokážu na rovnakej ploche uchovávať rádovo väčšie množstvo informácií ako kremíkové čipy,“ uvádza Tomáš Slanina. Ďalej upozorňuje: „Všetko však funguje len vtedy, keď sú fotoprepínače dostatočne stabilné a samovoľne sa neprepínajú medzi jednotlivými formami v neprítomnosti svetla. Práve táto podmienka bola doteraz len ťažko splniteľná a o prechod do tretieho stavu v rámci jednej molekuly sa preto odborníci ani nepokúšali. Možné je to až vďaka nášmu súčasnému objavu.“
Široká škála možného využitia
Pri prechode z druhého do tretieho stavu sa tentoraz výrazne nemení farba, ale geometria molekuly. Toto sa hodí najmä vo chvíli, keď je napríklad vhodné ju „vytvarovať“ tak, aby sa do určeného aktívneho centra buď vošla, alebo, naopak, bola z neho vytlačená von. Všetko sa znova deje vďaka svetelnému impulzu konkrétnej farby. Škála možného využitia v praxi je široká, ide však o takú horúcu novinku, že vedci jej potenciál len začínajú objavovať.
Vedci zo skupiny Tomáša Slaninu sa fotoprepínačom venujú dlhodobo. Konkrétne sa sústreďujú na tzv. fulgidy, o ktoré sa zaujíma len hŕstka laboratórií na celom svete, hoci v porovnaní s inými fotoprepínačmi majú fulgidy vo všeobecnosti lepšie vlastnosti. Dôvod je jednoduchý: ich príprava bola zatiaľ veľmi zložitá.
I túto prekážku dokázal Jakub Copko odstrániť. „Keď som nastupoval na doktorandské štúdium, jeden fulgid som pripravoval aj mesiac. Teraz je to vďaka našej chemickej skratke pripravené za jedno odpoludnie.“ Využíva na to takzvanú one-pot reakciu, čo znamená, že sa všetky chemické transformácie odohrávajú v jedinej banke, a tak odpadá nutnosť izolácie a čistenie všetkých medziproduktov.
Výrazne zjednodušili prípravu fotoprepínačov
Toto nielen značne urýchľuje prípravu, ale zároveň vedie k čistejšej reakcii s väčším množstvom produktu a k zníženiu ekologickej záťaže. Tomáš Slanina dopĺňa: „Snažíme sa, aby fulgidy neboli len skupinou látok z učebníc, ale aby sa dostali do širšieho povedomia. Odbor fotoprepínačov to môže celosvetovo posunúť.“ Vďaka práci jeho skupiny je v súčasnosti príprava týchto fotoprepínačov taká jednoduchá, že ju zvládne akékoľvek syntetické laboratórium bez predchádzajúcich skúseností s chémiou fotoprepínačov.
Zdroj: TS ÚOCHB AV ČR, v. v. i.
(zh)
