Peter Štacko a publicat o cercetare privind dezvoltarea unui motor molecular ca parte a grupului de cercetare al câștigătorului de anul trecut al Premiului Nobel pentru chimie.

slovac

În viitor, omul de știință Peter Štacko vrea să caute modalități de activare și eliberare a moleculelor din organismele vii folosind lumină vizibilă și infraroșie. „Lumina roșie și aproape infraroșie (600-1000 nm) poate pătrunde prin țesut la o adâncime de câțiva centimetri și, prin urmare, este un candidat excelent pentru terapia neinvazivă și în același timp locală”, spune fotochimistul Štacko.

Cum ați descrie pe scurt motorul molecular al articolului dvs. științific?

Motorul molecular se bazează pe un motor molecular clasic dezvoltat în grupul Ben Fering (laureat al Premiului Nobel 2016, ed. Note). Este de fapt o moleculă mică ale cărei două părți se pot roti una împotriva celeilalte în anumite condiții. La fel ca toate motoarele din atelierul Fering, acesta este alimentat de lumină. Din moment ce am vrut să arătăm că putem transfera mișcarea primară (rotația) motorului molecular către alte componente, a trebuit să modificăm designul original adăugând o lamă imaginară, care a fost formată din naftalină.

Un slovac publicat în Science, a dezvoltat un motor molecular cu premiul Nobel pentru chimie

Care servește ca sursă de energie pentru motorul molecular menționat?

Sursa primară de energie este lumina, în acest caz lumina UVA. Ciclul rotației unui motor constă din patru trepte, două acționate de lumină (trepte fotochimice) și două acționate de căldură (trepte termice). Motorul este proiectat astfel încât temperatura camerei să fie suficientă pentru parcurgerea pașilor termici, adică în jur de 25 de grade. Motorul face în medie o rotație în 10 secunde.

Peter Stacko (1987)

este fotochimist. După ce a studiat la Universitatea Masaryk din Brno, s-a mutat în Olanda, unde a lucrat la dezvoltarea de mașini și motoare moleculare în grupul câștigătorului de anul trecut al Premiului Nobel pentru chimie Ben Fering. În prezent, lucrează la dezvoltarea sistemelor din Republica Cehă care ar putea elibera molecule în țesuturile biologice după iradierea cu lumină. În iunie, el și colegii săi au publicat un articol în prestigioasa revistă Science.

A fost un proiect nou sau o continuare a cercetărilor existente?

Acest proiect se bazează pe o idee similară, pe care am găsit-o în teza de diplomă a unui alt autor (Jos Kistemaker, ed. Note). El a dorit să realizeze rotația cu două trepte a motorului - practic o mișcare similară cu două trepte de viteză. Cu toate acestea, această idee nu a funcționat în cele din urmă. În timp ce i-am citit lucrarea, mi-a venit în minte că putem folosi cunoștințele sub forma blocării mareelor. Astfel, am desenat mai multe molecule candidate care ar estima parametrii necesari unei astfel de mișcări și au fost disponibili sintetic. I-am adus apoi lui Jos să folosească calcule chimice cuantice pentru a calcula care ar fi cu adevărat adecvat. Așa a fost creată molecula noastră, cel puțin pe hârtie.

Rotația motorului molecular

Analogia cu orbita Lunii în jurul Pământului este aleatorie sau a fost o sursă de inspirație în timpul proiectării moleculelor?

Motivația principală este căutarea constantă a unor sarcini și funcții noi și mai complexe pentru mașinile moleculare. Cu toate acestea, cheia a fost inspirația pentru proiectul anterior, nereușit. Inițial, ne-am uitat la sistemul nostru ca la un lanț acționat de pinion, unde aceeași parte a lanțului este întotdeauna orientată spre pinion. Abia mai târziu - pentru o mai bună înțelegere a cititorului - am venit cu o analogie a părții îndepărtate a Lunii.

Cum ați controlat rotația naftalenei?

Am fost conștienți de faptul că barierele energetice ale proceselor individuale, adică cât de ușor se desfășoară pe parcursul mișcării, trebuie să îndeplinească anumite condiții. Aceasta înseamnă că unele trebuie să fie semnificativ mai rapide sau mai lente decât altele, dar în același timp nu pot fi rapide sau prea lente. La început, a fost necesar să avem o mică senzație chimică pentru a veni cu primii candidați. Ulterior, le-am optimizat folosind calcule chimice cuantice. Ipoteza noastră inițială s-a dovedit a fi corectă și, în cele din urmă, molecula a funcționat exact așa cum ar trebui.

Sinteza totală a moleculelor funcționale tinde să dureze foarte mult. Cât a durat sinteza compușilor finali?

În mod surprinzător, sinteza generală, precum și experimentele, nu au durat prea mult timp, estimat la 4-5 luni. A fost probabil cel mai eficient proiect la care am lucrat până acum. Cel mai dificil lucru a fost să venim cu o idee originală și funcțională și apoi să scriem clar întregul proiect.

Ați trimis articolul dvs. la una dintre cele mai prestigioase reviste științifice. Scrisul său a fost diferit de celelalte publicații ale tale?

Scrierea unui articol în revista Science este destul de diferită de articolele obișnuite. Trebuie scris în așa fel încât chiar și non-chimiștii să o poată înțelege, ceea ce a fost foarte dificil în acest caz - nu toată lumea are o astfel de imaginație spațială. De aceea, în cele din urmă a trebuit să creăm animații simple. Pikoška, ​​pe care trebuie să-l dezvăluie lui Ben (Fering, nota editorului, șeful laboratorului), este că ne-a alungat de la început la proiect. A crezut că nu va funcționa. În cele din urmă, ne-a vorbit din nou, astfel încât să putem încerca să-l trimitem la Știință.

Motorul dvs. molecular este unul dintre primii pași către mașini funcționale moleculare. Această cercetare va continua după părăsirea grupului Fering?

Deși nu mai fac parte din grupul lui Ben, sunt convins că acest proiect va continua. Acesta este un alt exemplu conform căruia nanomachinele pe bază de molecule pot îndeplini funcții multi-mișcare și mai solicitante. În zilele noastre, nu este suficient să demonstreze o simplă mișcare sau funcție a unei molecule. Pentru ca nanotehnologia să avanseze, este esențial să venim cu modele mai sofisticate care să poată concura cu ceea ce vedem în natură.

Ți-ai început cariera de fotochimist. Ce v-a motivat să vă alăturați grupului lui Ben Fering și să vă schimbați atenția?

Nu l-am schimbat complet, aș prefera să spun că m-am extins și mai mult. Feringa face și fotochimie. În timpul studiilor masterale, i-am văzut prelegerea la Praga și am fost foarte încântat. El a fost unul dintre oamenii pe care i-am scris când am vrut să merg la programul Erasmus. El m-a scos și în cele din urmă a ieșit. Așa că am avut și mare noroc. M-a fascinat ideea combinării fotochimiei cu alte discipline, precum chimia supramoleculară, chimia suprafeței și altele asemenea. După absolvirea Erasmus, Ben m-a convins cu tărie să rămân cu el la doctorat. Am vrut inițial să studiez în SUA, dar nu am primit bursa Fulbright pentru care am solicitat, așa că am ajuns cu el.

Te-ai descurcat bine la Ben Fering?

Ben este foarte prietenos ca șef, se ocupă de studenții de licență. Merge la muncă ca un olandez, 14 kilometri cu bicicleta în fiecare zi și înapoi acasă, indiferent dacă ninge sau plouă. Cu toate acestea, este foarte aglomerat, au fost perioade ale anului în care nu am văzut-o timp de câteva luni la rând. A lucra în grupul său necesită, așadar, o doză uriașă de independență și propriile sale idei. Majoritatea provin de fapt direct de la șefii studenților săi, sau trebuie să-și modifice în mod semnificativ ideea principală și să o termine în versiunea finală. Cu toate acestea, poate motiva perfect oamenii și le poate pregăti cele mai bune condiții posibile. El este de fapt managerul nostru.

După finalizarea doctoratului, te-ai îndreptat către Republica Cehă. Plănuiți să vă concentrați în continuare asupra chimiei supramoleculare sau aveți ceva nou în vizor?

În urmă cu câteva luni, am primit un grant destinat să atragă oameni de știință din străinătate - SoMoPro. Este un proiect excelent co-organizat de Regiunea Moraviei de Sud și UE sub auspiciile Programului Marie Curie. Deci, în următorii trei ani, voi căuta modalități de a activa și elibera molecule în organismele vii folosind lumină vizibilă și infraroșie. Lumina roșie și infraroșu apropiat (600-1000 nm) poate pătrunde prin țesut la o adâncime de câțiva centimetri și, prin urmare, este un candidat excelent pentru terapie non-invazivă și locală. Până acum, am avut câteva rezultate pozitive cu eliberarea de molecule mici (CO, H2S), care funcționează ca molecule de semnalizare în organism. Cu toate acestea, avem câteva idei despre cum să eliberăm molecule mai mari, cum ar fi medicamentele. Cred că vom reuși în cele din urmă. Cred că un astfel de sistem ar fi un mare beneficiu, deoarece industria este încă la început. Modurile de eliberare directă a medicamentelor dintr-o moleculă organică cu lumină aproape în infraroșu pot fi numărate pe degetele unei mâini și fiecare are dezavantaje majore.