Jedinečný molekulární CODE: čeští vědci zakódovali informace do molekul

S bezkontaktními RFID čipy se dnes běžně setkáváme v řadě výrobků. Vědci z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR dokázali podobnou technologii realizovat na molekulární úrovni. Představili novou metodu na pomezí světa chemie a moderních technologií. Použití molekul jako nosičů informací je možné využít při značkování buněk, léků nebo bankovek. Článek o molekulárním kódování molekul zveřejnil prestižní časopis Nature Communications.

Vědci vytvořili molekuly, do jejichž struktury lze zabudovat ionty vzácných kovových prvků, tzv. lanthanoidů. Tyto prvky mají speciální paramagnetické vlastnosti, kterými je možné ladit odezvu molekuly v magnetickém poli. Odezva může sloužit jako nosič digitální informace. Čitelná je prostřednictvím nukleární magnetické rezonance v radiofrekvenčním spektru analogicky k RFID čipům. Molekulární konstrukce je možné dál spojovat a kombinovat, a tím vytvářet složitější, ale přesto stále čitelný signál nesoucí komplexnější digitální informaci.

„Představili jsme nejjednodušší možný systém dvou spojených molekul a do nich jsme vložili různé kombinace atomů dvou vybraných lanthanoidů, dysprosia a holmia. Ukázali jsme, že i s takovým primitivním systémem lze vytvořit čtyři jedinečné signály a z nich sestavit patnáct různých digitálních kódů,“ vysvětluje Miloslav Polášek z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR (ÚOCHB).

Počet kódů prudce vzrůstá s počtem použitých prvků. Čtyři například poskytnou 65 535 kódů a s šesti by bylo možné označit např. všechny eurobankovky v oběhu. „Když si uvědomíme, že těch využitelných prvků je celkem dvanáct, dostáváme do ruky nástroj s obrovským potenciálem,“ dodává Miloslav Polášek.

Miloslav Polášek, vedoucí skupiny koordinační chemie v ÚOCHB

Klíčovou roli 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,“ vysvětluje člen týmu Jan Kretschmer z ÚOCHB a student Přírodovědecké fakulty UK.

Biologie budoucnosti 
Molekulární systém využívá čtyř různých lanthanoidů a je spolehlivě schopen 16bitového kódování. Optimalizovaný systém využívající i zbylé lanthanoidy však v principu umožní 64bitové kódování či vyšší, což představuje příležitosti pro využití v mnoha oblastech. Tým Miloslava Poláška v nejbližších letech plánuje aplikace nejen pro chemii a farmacii, ale také telemedicínu a další sektory zaměřené na vývoj inovativních technologií.

Vědci pomocí sady molekul obsahujících dva různé lanthanoidy zakódovali obraz slova CODE, který následně přečetli pomocí magnetické rezonance.

O použití molekul jako nosičů informací se nezajímá pouze Miloslav Polášek a jeho tým. Jiní vědci zatím primárně hledali cesty inspirované biologií a využívající například DNA. Jeho výhodou je totiž schopnost pojmout obrovské množství informací v jedné molekule. Naopak velkou nevýhodou je její komplikované čtení, které vyžaduje odebrání a zásah do vzorku, kdy navíc hrozí kontaminace jinou DNA z okolního prostředí. Zásadní předností paramagneticky kódovaných molekul je proto možnost vzdáleného přečtení informace. Proces čtení lze libovolně opakovat a nedochází při něm k poškození nebo spotřebování molekul, uložení informace je tak trvalé.

Vedle vědců z ÚOCHB a Přírodovědecké fakulty UK se na výzkumu podíleli také výzkumníci z Institutu klinické a experimentální medicíny a Vysoké školy chemicko-technologické v Praze. V předchozích letech se týmu Miloslava Poláška podařilo vyvinout technologii, která usnadní léčbu rakoviny. Více se o ní dočtete zde.  

Text: Dušan Brinzanik, Ústav organické chemie a biochemie AV ČR s přispěním Zuzany Šprinclové, Divize vnějších vztahů SSČ AV ČR.
Foto: Tomáš David, Tomáš Belloň, Ústav organické chemie a biochemie AV ČR

 Text je uvolněn pod svobodnou licencí Creative Common.

Přečtěte si také

• Krotitelé molekul: vědci objevili, jak zvýšit kapacitu molekulárních čipů
• 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
• Čeští vědci odhalili π-díru v molekulách, potvrdili tak dekády známou teorii
• Česká kosmická mise SLAVIA chce pátrat po pokladech vesmíru
• Díky novému objevu týmu Pavla Hobzy by se mohly přepisovat učebnice chemie