研究人员挑战分子记忆极限

一些分子通过改变其结构并保持某些可以从一种状态切换到另一种状态来响应外部光脉冲。这些通常称为光电开关，通常有两种可能的状态。然而，最近，捷克科学院有机化学和生物化学研究所(IOCB布拉格)的科学家们开发出了一种分子，使光电开关的可能性更进一步。

新分子不能在两种状态之间切换，而是可以在三种不同状态之间切换。这使其能够在其分子结构中保存比迄今为止更复杂的信息。关于该主题的论文，由博士共同撰写。学生 Jakub Copko 和 Tomáš Slanina 博士的研究成果现已发表在《Chemical Communications》上。

尽管科学家们知道类似的分子可以进入第三种状态，但他们选择不对其进行研究。原因是他们无法保持对各个分子形式之间的转变的控制，而第三种形式的存在只会使分子的行为变得复杂。现在，斯拉尼娜博士领导的研究小组的研究人员已经克服了这一障碍。

该论文的作者之一雅库布·科普科 (Jakub Copko) 表示：“我们能够根据需要精确且选择性地在三种状态之间切换分子。”

光电开关的结构变化通常表现为其宏观特性的改变。例如，当暴露在特定参数的光下时，分子可以改变其颜色，甚至肉眼可见。例如，蓝色可以变成黄色，反之亦然，这两种颜色可以分别视为零和一。因此，单个分子的功能与存储位相同，并且也易于读取。

“然而，有一个区别，即由于它们的尺寸极小，它们可以存储比硅基芯片多一个数量级的信息，”斯拉尼纳博士说。 “这一切都只适用于足够稳定的光电开关，以便在没有光的情况下不会自发地在各个状态之间切换。”

“正是这一要求迄今为止很难满足，因此专家们甚至从未尝试过在一个分子内实现向第三态的转变。这只能归功于我们目前的发现。”

图片来源：捷克科学院有机化学与生物化学研究所(IOCB 布拉格)

从第二状态转变到第三状态时，显着变化的不是颜色，而是分子的几何形状。当适合“塑造”分子以使其适合目标活性中心或相反地被推出时，这尤其方便。

特定波长的光脉冲触发这一切。可能的实际应用范围很广。然而，由于这是一个最近的发现，专家们才刚刚开始发现它的潜力。

Slanina 集团的科学家长期以来一直在研究光电开关。具体来说，他们一直专注于被称为俘精酸酐的物质，尽管与其他光开关相比，它们通常具有更好的特性，但世界上只有少数实验室正在研究这种物质。原因很简单：到目前为止，他们的准备工作非常复杂。

然而，科普科也成功地消除了这个障碍。他解释说：“当我开始博士研究时，我花了一个月的时间来制备一种俘精酸酐。现在，借助我们的化学捷径，一个下午就可以准备好。”

他使用所谓的一锅反应，这意味着所有化学转化都在一个烧瓶中进行，无需分离和纯化所有中间产物。这不仅显着加快了制备速度，而且使反应更加清洁，产率更高，并减少了对环境的影响。

Slanina 补充道：“我们正在努力确保俘精酸酐不仅仅是一组被列入教科书的物质，而是一种得到更广泛关注的物质。它可以推动全球光开关领域的发展。”由于他的团队的工作，这种类型的光开关的制备现在非常简单，可以在任何合成化学实验室完成，即使以前没有任何光开关化学经验。