Na VŠCHT vytvořili rekordní molekulární přepínač

Výzkumný tým z Vysoké školy chemicko‑technologické v Praze a Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR vytvořil a popsal nový typ fotopřepínače – molekuly, která pod vlivem světla zásadně mění své vlastnosti. Doposud publikovaná životnost tzv. tripletových stavů molekul je několik milisekund, v tomto případě se ovšem jedná o desítky hodin. Revoluční novinka otevírá cestu k optimalizaci katalytických dějů (a tedy významným úsporám v průmyslu), optickým magnetickým materiálům a cílené likvidaci antibioticky rezistentních patogenů. Článek publikoval vědecký magazín Journal of Materials Chemistry C a okamžitě jej zařadil mezi nejpozoruhodnější práce roku 2025.

Fotopřepínače jsou molekuly, které se pod vlivem světla mění mezi dvěma stavy s odlišnými vlastnostmi, například barvou nebo rozpustností. Nový přepínač založený na acylhydrazonech vykazuje mimořádně dlouhou životnost tzv. tripletového stavu (elektronového uspořádání, při němž mají dva elektrony v molekule rovnoběžné spiny a nejsou spárované; tento stav má zásadní význam pro řadu fotochemických procesů, včetně generace reaktivních forem kyslíku).

VŠCHT: Na VŠCHT vytvořili rekordní molekulární přepínač

„Zatímco u doposud známých a v literatuře popsaných molekul tento stav trvá řádově nano až milisekundy, v případě našeho přepínače přetrvává desítky hodin, což je mimořádné,“ vysvětluje vedoucí výzkumu Petr Kovaříček s VŠCHT s tím, že zásadní podíl na výsledku má jeho doktorand Martin Šetek. Tým by se také neobešel bez expertních dovedností Dany Nachtigalové a Jána Tarábka z ÚOCHB.

Možností využití novinky je několik, například v katalýze řízené světlem, kdy molekula v klidovém stavu nereaguje, po ozáření se však mění na radikálový iniciátor, který dokáže spouštět chemické reakce podle potřeby a po dlouhou dobu. Dále se nabízí využití v magnetických materiálech. „Tripletový stav je paramagnetický, což umožňuje světlem „zapisovat“ informace do materiálu a následně je číst magnetickou detekcí,“ uvádí doktor Kovaříček. „Tak dlouho žijící tripletový stav je skutečně překvapivý, dlouho jsem to ostatně vůbec nepovažoval za možné a toto vysvětlení zavrhoval,“ vysvětluje, proč článek je výsledkem tři roky trvající intenzivní experimentální práce v laboratoři. „Přesvědčit o tom editory a recenzenty byl také kolosální úkol,“ doplňuje.

VŠCHT: Vedoucí výzkumu Petr Kovaříček

Tým dr. Kovaříčka aktuálně rozpracovává některé aplikace svých molekul. „Když jsem vnitřně akceptoval, že máme triplet, který žije řádově hodiny, začali jsme se singletovým-tripletovým přechodům věnovat i na dalších našich látkách,“ uvádí.

Jako společensky nejpřínosnější, zároveň však s ohledem na regulaci farmaceutického průmyslu časově vzdálená, se jeví fotodynamická inaktivace patogenů. „Naše nové molekuly dokážou po ozáření světlem generovat reaktivní formy kyslíku, tzv. ROS, které efektivně ničí řadu antibioticky rezistentních plísní a bakterií, včetně zlatého stafylokoka a vybraných patogenů ze seznamu WHO,“ říká doktor Kovaříček. „ROS jsou extrémně účinné – likvidují více než 99,99 % buněk, ale jen tam, kam posvítíme. To je klíčové pro bezpečnost medicínské aplikace, kterou je samozřejmě nutné ověřit v dalších studiích,“ doplňuje výzkumník. Velkou aplikační výhodou nově syntetizovaných molekul je jejich mimořádně nízká cena a jednoduchá výroba – v laboratorním měřítku vychází jeden kilogram na zhruba tisíc korun.

Nápad na medicínské využití proti rezistentním patogenům byl tak trochu šťastná trefa. Když měl potenciál molekul ověřit v biologickém prostředí bakalářský student, počítalo se, že nejspíš fungovat nebudou. Míra destrukce DNA zkušebního vzorku ovšem uvedla studenta i výzkumníky v úžas a velmi nadějná zbraň v boji proti nežádoucím mikroorganismům byla na světě. Ve spolupráci s doktorkou Lencovou z Ústavu biochemie a mikrobiologie již oba týmy připravují za daným cílem nový projekt.

Dosavadní výzkum byl realizován za podpory programu JUNIOR STAR Grantové agentury ČR, který podporuje excelentní mladé vědce.