Fotoprepínače majú významné uplatnenie v priemyselných odvetviach ako pokročilé materiály a vo fotofarmakológii.
Autorom návrhu titulnej snímky časopisu Chemistry – A European Journal je Lukáš F. Pašteka. Ide o vizualizáciu molekulárneho fotoprepínača. Zdroj: Chemistry – A European Journal. Autor: L. F. Pašteka, A. M. Grabarzová, M. Cigáň a kol.
Tím vedcov a vedkýň z Prírodovedeckej fakulty Univerzity Komenského v Bratislave (PriF UK) v spolupráci s Univerzitou Mateja Bela v Banskej Bystrici a ďalšími zahraničnými univerzitami navrhol nový typ fotoprepínača.
Ide o typ molekuly, ktorú možno stabilne a efektívne ovládať svetlom. Návrh vyšiel na titulnej strane odborného časopisu Chemistry – A European Journal.
Nové možnosti technologického využitia
Fotoprepínače majú významné uplatnenie v priemyselných odvetviach ako pokročilé materiály a vo fotofarmakológii. Nový typ fotoprepínača patrí do skupiny arylhydrazónov, ktoré sa vyznačujú výnimočnou termálnou stabilitou a efektivitou fotoizomerizácie.
Vedci museli vo výskume čeliť predpokladu, že doteraz známe prepínače tohto typu nefungovali vo viditeľnej oblasti svetla efektívne, čo obmedzovalo ich praktické použitie v biologických systémoch. Nový dizajn posúva efektivitu bližšie k viditeľnej oblasti svetla s bezpečnejšími vlnovými dĺžkami nad 365 nm, a otvára tak zaujímavé možnosti ich budúcich technologických aplikácií.
Najväčšie prekvapenie
Pri navrhovaní súčasného súboru fotoprepínačov vedci očakávali, že oslabenie vodíkovej väzby v izoméri Z uľahčí fotoizomerizáciu Z→E, a tým zvýši kvantový výťažok. Oslabenie však bolo oveľa menej výrazné v excitovanom stave. V dôsledku toho má nový motív v porovnaní s predchádzajúcimi triarylhydrazónmi mnohé výhody. Tie však nie sú presne také, ako vedci očakávali.
„Hoci sa fotochémiou zaoberáme už nejaký čas, stále je prekvapujúce, aké odlišné môže byť správanie excitovaných molekúl v porovnaní s ich základným stavom,” uviedol líder projektu Marek Cigáň.
Pozrite si
Aká bola najväčšia výzva?
Interpretácia zvyškového píku pri 420 nm v prechodovom spektre bola dlho chýbajúcim kúskom skladačky. „Po vykonaní všetkých ostatných výpočtov a experimentov sme strávili mnoho dní diskutovaním, meraním a maximálnym časom výpočtu (CPU-time), aby sme pochopili jeho pôvod. Po preskúmaní časovej škály sme zamietli hypotézu o generovaní trojitého stavu. Zvažovali sme aj štruktúry GS s prenosom protónov. Zamietli sme ich však z dôvodu nízkej odhadovanej stability. Nakoniec sme preskúmali rôzne rotaméry s prenosom protónov a našli sme jeden, ktorý vyhovoval experimentálnym pozorovaniam,“ píšu vedci v článku, uverejnenom v odbornom časopise Chemistry – A European Journal.
Začiatok spolupráce na tomto projekte
Plodná spolupráca sa začala už pred nejakým časom v chemických laboratóriách Univerzity Komenského v Bratislave, ktorá je domovskou univerzitou väčšiny členov tímu. Experimentálnu fotochemickú skupinu, ktorú tvoria mladí výskumníci vrátane Ley Hegedüsovej, Juraja Fila a Bernarda Mravca, vedie Marek Cigáň. Spolu vytvárajú tím, ktorý je súčasťou medzinárodne uznávaného laboratória.
V roku 2019 začali výskumníci z UK spolupracovať so skupinou Josefa Wachtveitla (súčasťou skupiny sú mladí chemici Nadine Blaiseová a Čavdar Slavov, v súčasnosti pôsobiaci na University of South Florida) z Univerzity Johanna Wolfganga Goetheho vo Frankfurte nad Mohanom na projekte ultrarýchlych molekulových fotooscilátorov. Spolupráca pokračovala štúdiom perspektívnych triarylhydrazónových fotoprepínačov.
Teoretickú stránku výskumu zastrešujú dve skupiny. Tím Lukáša F. Pašteku (v súčasnosti pôsobí na Groningenskej univerzite) a Anny M. Grabarzovej, ktorá sa ako postdoktorandka venovala projektu zameranému na počítačový výskum fotoprepínačov. Druhý tím tvoria Šimon Budzák a Miroslav Medveď, dvaja výskumníci z Univerzity Mateja Bela v Banskej Bystrici, ktorí dosiahli medzinárodné uznanie najmä v oblasti výpočtovej fotochémie a materiálovej vedy.
Zdroj: TS UK v Bratislave, Chemistry – A European Journal
(zh)
