VIDEO: Čeští vědci ukládají data přímo do molekul. Když to viděl recenzent, nechtěl tomu věřit

13. červen 2022

Bezkontaktní čipy s informacemi by jednou mohly mít podobu téměř neviditelné vrstvičky. Unikátní metodu ukládání dat přímo do molekul vyvinuli vědci z Ústavu organické chemie a biochemie Akademie věd. Objev zveřejnil prestižní vědecký časopis Nature Communications.

Na první pohled to vypadá jednoduše – do molekuly se vloží dva různé kovy, které vytvoří čtyři kombinace, a z nich se sestaví jedinečné kódy, jejichž prostřednictvím zapíšeme nějakou informaci.

Díky procesu chemické syntézy dokážeme přesně definovat, který kov bude na kterém místě. To je klíčová věc, bez toho by kódování nebylo vůbec možné,“ nastiňuje Radiožurnálu hlavní podmínku Miloslav Polášek, vedoucí skupiny Koordinační chemie ÚOCHB. „Máme totální kontrolu nad tím, co v reakční směsi vzniká a jestli je to přesně to, co chceme.“

Jako Člověče, nezlob se

Laicky bychom si vložené kovy mohli představit jako žlutou a zelenou figurku ze hry Člověče nezlob se. Kombinací vytvoří nejen pár dvou žlutých nebo zelených figurek, ale také dvojici zelená-žlutá, nebo žlutá-zelená. A každá představuje písmeno nebo číslo, které pak přečte nukleární magnetická rezonance.

To je celkem trefná analogie,“ nebrání se zjednodušení mladý vědec. „Vtip je v tom, že když figurky postavíme na stůl, tak samozřejmě hned vidíme, že zelená je nalevo a žlutá napravo, nebo obráceně, ale v tom molekulární měřítku to nevidíme. Molekula je prakticky bezrozměrná, je tak malá, že prostě nejsme schopni vidět, co je nalevo, napravo, nahoře nebo dole. Obdržíme jenom signál, ale díky nukleární magnetické rezonanci je ten signál naprosto jedinečný a jednoznačně odlišitelný, takže dokážeme určit i na první pohled neviditelné pořadí.“

Nedůvěřivý recenzent

Základem molekulárních kódů jsou takzvané cheláty, tedy látky, které umí do sebe zabudovat kovy. V tomto případě ze skupiny lanthanoidů, jako třeba yttrium nebo terbium, které se běžně využívají například pro výrobu barevných obrazovek. Mají paramagnetické vlastnosti, což znamená, že v blízkosti jiného magnetu vytvářejí vlastní magnetické pole.

Když máme paramagnetické kovy v jedné molekule, vytváří si každý z nich svoje magnetické okolí. Vzájemně se kombinují a ovlivňují třetí část molekuly, která funguje v podstatě jako anténa nebo vysílač.“

Jedinečné signály zachycené nukleární magnetickou rezonancí se pak převedou na digitální jedničky a nuly a vytvoří slovo. Dvě slova čeští vědci připravili speciálně i pro recenzenta prestižního vědeckého časopisu Nature Communications, který nevěřil, že tato teorie může fungovat i v praxi.

Do jednoho vzorku jsme pomocí čtyř kovů zakódovali anglické slovo lanthanide, což jsou prvky, se kterými jsme pracovali, a zároveň jsme ho použili jako heslo,“ s úsměvem vzpomíná Miloslav Polášek na úkol, který připravili pro nevěřícího recenzenta. V dalším experimentu se dvěma kovy jsme naše molekuly napipetovali do jamkové destičky a tím jsme do ní nakreslili obraz anglického slova CODE. Z toho jsme připravili video, jak se pomocí signálů nukleární magnetické rezonance dají tato písmena přečíst.“

Video je krásně barevné, ovšem recenzent si jej mohl otevřít teprve až poté, co získal heslo z prvního experimentu. „Vzal to v pohodě a hlavně uznal, že ta naše technika se skutečně dá prakticky použít. Jsem rád, že náš článek vyšel právě v tomto časopise, protože se nezaměřuje jen na chemii, ale na všechny vědecké obory. Stejně jako naše unikátní metoda, která může najít uplatnění v mnoha oblastech,“ uzavírá Polášek okolnosti publikování v prestižním vědeckém časopise Nature Communications.

autoři: Eva Kézrová , als
Spustit audio