Novou metodu kódování vytvořili vědci z Česka. Principem se podobá bezkontaktním a široce využívaným RFID čipům. Naši vědci však dokázali podobnou technologii realizovat na molekulární úrovni. Za Ústav organické chemie a biochemie Akademie věd ČR (ÚOCHB AV) informoval Dušan Brinzanik. Metoda by v budoucnu mohla sloužit ke značení buněk při výzkumech, ale i k označování bankovek či léčiv. Článek o tzv. paramagnetickém kódování molekul zveřejnil prestižní časopis Nature Communications. Na metodě spolupracovala skupina Miloslava Poláška z ÚOCHB s vědci z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, Institutu klinické a experimentální medicíny (IKEM) a Vysoké školy chemicko-technologické v Praze.
Podle expertů nový princip molekulárního kódování a prototyp takového molekulárního systému v počátcích představoval spíše nápad ze žánru sci-fi. Tato nově představená metoda je na pomezí světa chemie a moderních technologií.
Pět let pak týmu trvalo vytvořit molekuly se správnými vlastnostmi. Tedy takové, do jejichž struktury mohl zabudovat ionty vzácných kovových prvků tzv. lanthanoidů. Ty mají speciální paramagnetické vlastnosti, kterými je možné ladit odezvu molekuly v magnetickém poli. Odezva může sloužit jako nosič digitální informace a lze ji přečíst pomocí nukleární magnetické rezonance v radiofrekvenčním spektru analogicky k RFID čipům. Vědci však mohou tyto molekulární konstrukce i dál spojovat, kombinovat a vytvářet složitější, ale přesto stále čitelný signál nesoucí komplexnější digitální informaci.
Klíčovou roli v tom hrají molekulární konstrukce, do nichž je možné zabudovat atomy lanthanoidů na přesně definovaná místa. Vědci využili cheláty, tedy molekuly, které jsou schopné vázat ionty kovů a uzavřít je do sebe jako klece. »My jsme tyto molekulární klece s uzavřeným kovem propojili prostřednictvím aminokyseliny. Navíc jsme k nim připojili další část, která v magnetickém poli funguje jako vysílač, jehož frekvence se odvíjí od toho, jaké kovové ionty se v daném řetězci vyskytují, a v jakém pořadí,« popsal člen týmu Jan Kretschmer z ÚOCHB a student Přírodovědecké fakulty UK.
Podle ÚOCHB vědci zkouší použít molekuly jako nosiče informací už delší dobu. Jiné týmy však zatím hledaly hlavně cesty inspirované biologií, tedy například využití DNA. Její výhodou je schopnost pojmout obrovské množství informací v jedné molekule. Naopak velkou nevýhodou je její komplikované čtení, které vyžaduje odebrání vzorku a zásah do něj, čímž hrozí kontaminace jinou DNA z okolního prostředí. Kdežto u paramagneticky kódovaných molekul, tedy metody vyvinuté v Česku, je však možné přečíst informaci vzdáleně. Autoři uvedli, že proces čtení lze navíc libovolně opakovat, aniž by došlo k poškození nebo spotřebování molekul. Uložení informace je trvalé.
»Když jsme článek představující naši metodu poslali do časopisu poprvé, doporučil nám jeden z recenzentů, abychom na konkrétním příkladu prokázali její fungování. Vzali jsme to jako výzvu a udělali jsme dva experimenty,« sdělil dále Polášek. »V prvním jsme použili naši sadu molekul k zakódování obrazu, do nějž bylo vepsáno slovo ‚COD‘ a které jsme přečetli pomocí magnetické rezonance ve spolupráci s týmem Daniela Jiráka z IKEM. Ve druhém experimentu jsme trochu jinou metodou zakódovali slovo ‚Lanthanide‘ v digitálním kódu,« dodal vědec.
Nynější molekulární systém využívá čtyři různé lanthanoidy a je spolehlivě schopen 16bitového kódování. Optimalizovaný systém používající i zbylé lanthanoidy v principu umožní 64bitové kódování či vyšší, což slibuje budoucí využití v mnoha oblastech. Poláškův tým v nejbližších letech plánuje aplikace nejen pro chemii a farmacii, ale i telemedicínu a další obory spojené s vývojem inovativních technologií.
(mac, čtk)
FOTO – avcr.cz, nature.com