有些分子會透過改變自身結構和保持某些可相互轉換的狀態來對外部光脈衝做出反應。這些分子通常被稱為光開關，通常有兩種可能的狀態。不過，最近捷克科學院有機化學和生物化學研究所（IOCB Prague）的科學家們開發出了一種分子，它將光開關的可能性向前推進了一步。這種新分子不是可以在兩種狀態之間切換，而是可以在三種截然不同的狀態之間切換。

這項研究開發了一種方法，可透過控制倍率和光異構化條件在不同形式之間進行定量切換。圖片來源：Lucie Wohlrábová / IOCB Prague

儘管科學家知道類似的分子可以進入第三種狀態，但他們選擇不對其進行研究。理由是他們無法控制各分子形態之間的轉換，第三種形態的存在只會使分子的行為變得複雜。現在，Tomáš Slanina 博士領導的研究團隊的研究人員克服了這一障礙。由博士生Jakub Copko 和Tomáš Slanina 博士共同撰寫的相關論文現已發表在《化學通訊》（Chemical Communications）雜誌上。

論文作者之一Jakub Copko 說：”我們能夠隨心所欲地在三種狀態之間精確、有選擇地切換分子。”

光開關的結構變化通常表現為其宏觀特性的改變。例如，當暴露在特定參數的光線下時，分子會改變顏色，甚至肉眼可見。例如，藍色可以變成黃色，反之亦然，這兩種顏色可以分別被視為0 和1。因此，單一分子的功能與記憶體位相同，也很容易讀取。

Tomáš Slanina 博士指出：”不過，它們之間有一個區別，那就是由於體積微小，它們能夠存儲的信息量要比矽基芯片多出一個數量級：這一切只有在光開關足夠穩定，不會在沒有光的情況下自發地在不同狀態之間切換的情況下才能實現。正是這一要求至今難以滿足，因此專家們甚至從未嘗試過在一個分子內實現向第三種狀態的轉換。多虧了我們現在的發現，這才成為可能。”

從第二種狀態過渡到第三種狀態時，發生重大變化的不是顏色，而是分子的幾何形狀。當需要對分子進行”塑形”，使其與目標活性中心相吻合，或反之，將其擠出目標活性中心時，這一點就顯得尤為方便。所有這些都是由特定波長的光脈衝觸發的。可能的實際應用範圍非常廣泛。然而，由於它是最近才發現的，專家們才剛開始發掘它的潛力。

Jakub Copko（左）和布拉格IOCB 氧化還原光化學組組長Tomáš Slanina。圖片來源：Tomáš Belloň / 布拉格IOCB

Tomáš Slanina 團隊的科學家們長期以來一直在研究光開關。具體來說，他們一直在關註一種被稱為”fulgids”的物質，儘管與其他光開關相比，這種物質通常具有更好的特性，但全世界只有少數幾個實驗室在研究這種物質。原因很簡單：迄今為止，它們的製備非常複雜。

不過，Jakub Copko 也設法消除了這一障礙。他解釋說：”當我開始攻讀博士學位時，我需要花費長達一個月的時間才能製備出一個fulgids。現在，多虧了我們的化學捷徑，一個下午就能做好。”

他採用所謂的單鍋反應，即所有化學轉化都在一個燒瓶中進行，無需分離和純化所有中間產物。這不僅大大加快了製備過程，而且使反應更純淨，產率更高，並減少了對環境的影響。

Tomáš Slanina 補充說：”我們正在努力確保fulgids不僅僅是教科書上的一類物質，而是能夠得到更廣泛的關注。它可以推動全球光開關領域的發展。”

由於他的研究小組的工作，這種光開關的製備現在變得非常簡單，即使沒有任何光開關化學方面的經驗，也可以在任何合成化學實驗室完成。

編譯自: ScitechDaily