מתגי תמונות Fulgimid יכולים להתקיים בשלוש צורות שונות. מחקר זה פיתח שיטה למעבר כמותי בין הצורות השונות על ידי שליטה בתנאי הריבוי והפוטואיזומריזציה. קרדיט: Lucie Wohlrábová / IOCB Prague
חלק מהמולקולות מגיבות לפולסי אור חיצוניים על ידי שינוי המבנה שלהן והחזקת מצבים מסוימים שניתן להעביר מאחד לשני. אלה מכונים בדרך כלל מתווי תמונות ובדרך כלל יש שני מצבים אפשריים. עם זאת, לאחרונה, מדענים מהמכון לכימיה אורגנית וביוכימיה של האקדמיה הצ'כית למדעים (IOCB פראג) פיתחו מולקולה שלוקחת את האפשרויות של מתווי תמונות צעד קדימה. ניתן להחליף את המולקולה החדשה לא בין שניים, אלא בין שלושה מצבים נפרדים. זה נותן לו את היכולת להחזיק מידע הרבה יותר מורכב במבנה המולקולרי שלו ממה שהיה אפשרי עד כה.
למרות שמדענים ידעו שמולקולות דומות יכולות להיכנס למצב שלישי, הם בחרו שלא לחקור זאת. הנימוק היה שהם לא יכולים לשמור על שליטה על המעברים בין הצורות המולקולריות הבודדות ושנוכחות של צורה שלישית רק מסבכת את התנהגותן של מולקולות. כעת, חוקרים מהקבוצה בראשות ד"ר טומאש סלנינה התגברו על המכשול הזה. מאמר בנושא, שנכתב במשותף על ידי תלמיד הדוקטורט יעקב קופקו וד"ר טומש סלנינה, פורסם כעת בכתב העת תקשורת כימית.
"אנו מסוגלים להחליף מולקולות באופן מדויק וסלקטיבי בין שלושה מצבים כרצוננו", אומר אחד ממחברי המאמר, יאקוב קופקו.
שינויים מבניים ב-photowitch מתבטאים בדרך כלל כשינויים בתכונות המקרוסקופיות שלהם. כאשר נחשפת לאור בפרמטרים מסוימים, מולקולה יכולה, למשל, לשנות את צבעה, מה שיכול אפילו להיות גלוי לעין בלתי מזוינת. לדוגמה, כחול יכול להפוך לצהוב ולהיפך, וניתן להתייחס לשני הצבעים כאל אפסים ואחדים, בהתאמה. מולקולות בודדות מתפקדות אפוא באותו אופן כמו סיביות זיכרון וגם קלות לקריאה.
"עם זאת, יש הבדל אחד, שהוא שבזכות גודלם הזעיר הם יכולים לאחסן מידע בסדר גודל יותר מאשר שבבים מבוססי סיליקון", אומר ד"ר טומש סלנינה, ומציין כי: "הכל עובד רק עם מתגי תמונות ש יציבים מספיק כדי לא לעבור בין מצבים בודדים באופן ספונטני בהעדר אור. זו בדיוק הדרישה שעד כה היה כל כך קשה לעמוד בה, כך שמומחים מעולם לא ניסו אפילו להשיג מעבר למצב שלישי בתוך מולקולה אחת. זה אפשרי רק הודות לגילוי הנוכחי שלנו".
עם המעבר מהמצב השני לשלישי, לא הצבע, אלא הגיאומטריה של המולקולה משתנה באופן משמעותי. זה נוח במיוחד בכל פעם שמתאים 'לעצב' מולקולה כך שתתאים למרכז פעיל מטרה או להיפך, כך שהיא תידחק החוצה ממנה. כל זה מופעל על ידי דופק אור באורך גל מסוים. מגוון היישומים המעשיים האפשריים הוא רחב. עם זאת, מכיוון שמדובר בתגלית כל כך עדכנית, מומחים רק מתחילים לגלות את הפוטנציאל שלו.
Jakub Copko (משמאל) וטומאש סלנינה, ראש קבוצת Redox Photochemistry ב-IOCB Prague. קרדיט: Tomáš Belloň / IOCB פראג
מדענים מקבוצת Tomáš Slanina חקרו מזה זמן רב את מתג צילום. באופן ספציפי, הם התמקדו בחומרים הידועים כפולגידים, אשר נחקרים רק על ידי קומץ מעבדות ברחבי העולם למרות שבדרך כלל יש להם תכונות טובות יותר בהשוואה ל-photowitch אחרים. הסיבה היא פשוטה: ההכנה שלהם עד כה הייתה מסובכת מאוד.
עם זאת, יעקב קופקו הצליח להסיר גם את המכשול הזה. הוא מסביר: "כשהתחלתי את לימודי הדוקטורט, לקח לי עד חודש להכין פולגיד בודד. עכשיו, הודות לקיצור הדרך הכימי שלנו, הוא מוכן אחרי אחר הצהריים".
הוא משתמש במה שנקרא תגובת סיר אחד, כלומר כל הטרנספורמציות הכימיות מתרחשות בבקבוק אחד, ומבטל את הצורך לבודד ולטהר את כל מוצרי הביניים. זה לא רק מזרז בצורה ניכרת את ההכנה אלא גם מביא לתגובה נקייה יותר עם תשואה גדולה יותר ומקטין את ההשפעה הסביבתית.
טומאש סלנינה מוסיף: "אנו שואפים להבטיח שהפולגידים הם לא רק קבוצה של חומרים שנדחקת לספרי הלימוד, אלא כזו שזוכה לחשיפה רחבה יותר. זה יכול לקדם את תחום מתג התמונות בעולם".
הודות לעבודה של הקבוצה שלו, ההכנה של סוג זה של Photowitch היא כעת כל כך פשוטה שאפשר לעשות אותה בכל מעבדה לכימיה סינתטית גם ללא כל ניסיון קודם בכימיה של PhotoSwitch.
