Inovativní technologie
Tým z ČR vyvinul metodu kódování molekul, mohla by označit buňky i peníze

Novou metodu kódování vytvořili vědci z Česka. Principem se podobá bezkontaktním a široce využívaným RFID čipům, je však na úrovni molekul. Za Ústav organické chemie a biochemie Akademie věd ČR (ÚOCHB AV) v pátek o metodě informoval Dušan Brinzanik v tiskové zprávě.

Metoda by v budoucnu mohla sloužit ke značení buněk při výzkumech, ale i k označování bankovek či léčiv. Článek o tzv. paramagnetickém kódování molekul zveřejnil prestižní časopis Nature Communications. Na metodě spolupracovala skupina Miloslava Poláška z ÚOCHB s vědci z Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy, Institutu klinické a experimentální medicíny (IKEM) a Vysoké školy chemicko-technologické v Praze.

Podle expertů nový princip molekulárního kódování a prototyp takového molekulárního systému v počátcích představoval spíše nápad ze žánru sci-fi. Pět let pak týmu trvalo vytvořit molekuly se správnými vlastnostmi. Tedy takové, do jejichž struktury mohl zabudovat ionty vzácných kovových prvků - tzv. lanthanoidů. Ty mají speciální paramagnetické vlastnosti, kterými je možné ladit odezvu molekuly v magnetickém poli. Odezva může nést digitální informaci a lze ji přečíst pomocí nukleární magnetické rezonance v radiofrekvenčním spektru analogicky k RFID čipům. Vědci však mohou tyto molekulární konstrukce i dál spojovat, kombinovat a vytvářet složitější, ale přesto stále čitelný signál nesoucí komplexnější digitální informaci.

"V našem článku pro Nature Communications jsme představili 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 15 různých digitálních kódů," popsal Polášek. "Na první pohled to není mnoho, ale počet kódů prudce vzrůstá s počtem použitých prvků. Třeba čtyři prvky poskytnou 65 535 kódů a už s pouhými šesti bychom dokázali označit například všechny eurobankovky v oběhu. Když si uvědomíme, že těch využitelných prvků je celkem 12, dostáváme do ruky nástroj s obrovským potenciálem," zdůraznil vědec.

Podle ÚOCHB vědci zkoušejí použít molekuly jako nosiče informací už delší dobu. Jiné týmy však zatím hledaly hlavně cesty inspirované biologií - například využití DNA. Její výhodou je schopnost pojmout obrovské množství informací v jedné molekule, nevýhodou naopak obtížné čtení, které vyžaduje odebrání vzorku a zásah do něj, což hrozí kontaminací jinou DNA z okolí. U paramagneticky kódovaných molekul, tedy metody vyvinuté v Česku, je však možné přečíst informaci vzdáleně. Autoři uvedli, že čtení lze navíc libovolně opakovat, aniž by došlo k poškození molekuly. Uložení informace je trvalé.

"Když jsme článek představující naši metodu poslali do časopisu poprvé, doporučil nám jeden z recenzentů, abychom na konkrétním příkladu prokázali její fungování. Vzali jsme to jako výzvu a udělali jsme dva experimenty," sdělil dále Polášek. "V prvním jsme použili naši sadu molekul k zakódování obrazu, do nějž bylo vepsáno slovo 'CODE' a které jsme přečetli pomocí magnetické rezonance ve spolupráci s týmem Daniela Jiráka z IKEM. Ve druhém experimentu jsme trochu jinou metodou zakódovali slovo 'Lanthanide' v digitálním kódu," dodal vědec.

Nynější systém využívá čtyři různé lanthanoidy a je spolehlivě schopen 16bitového kódování. Optimalizovaný systém používající i zbylé lanthanoidy v principu umožní 64bitové kódování či vyšší, což slibuje budoucí využití v mnoha oblastech. Poláškův tým v nejbližších letech plánuje aplikace nejen pro chemii a farmacii, ale i telemedicínu a další obory spojené s vývojem inovativních technologií.