有些分子会通过改变自身结构和保持某些可相互转换的状态来对外部光脉冲做出反应。这些分子通常被称为光开关，通常有两种可能的状态。不过，最近捷克科学院有机化学和生物化学研究所（IOCB Prague）的科学家们开发出了一种分子，它将光开关的可能性向前推进了一步。这种新分子不是可以在两种状态之间切换，而是可以在三种截然不同的状态之间切换。

这项研究开发了一种方法，可通过控制倍率和光异构化条件在不同形式之间进行定量切换。图片来源：Lucie Wohlrábová / IOCB Prague

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。理由是他们无法控制各个分子形态之间的转换，第三种形态的存在只会使分子的行为复杂化。现在，Tomáš Slanina 博士领导的研究小组的研究人员克服了这一障碍。由博士生 Jakub Copko 和 Tomáš Slanina 博士共同撰写的相关论文现已发表在《化学通讯》（Chemical Communications）杂志上。

论文作者之一 Jakub Copko 说："我们能够随心所欲地在三种状态之间精确、有选择地切换分子。"

光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线下时，分子会改变颜色，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被视为 0 和 1。因此，单个分子的功能与内存位相同，也很容易读取。

Tomáš Slanina 博士指出："不过，它们之间有一个区别，那就是由于体积微小，它们能够存储的信息量要比硅基芯片多出一个数量级：这一切只有在光开关足够稳定，不会在没有光的情况下自发地在不同状态之间切换的情况下才能实现。正是这一要求至今难以满足，因此专家们甚至从未尝试过在一个分子内实现向第三种状态的转换。多亏了我们现在的发现，这才成为可能。"

从第二种状态过渡到第三种状态时，发生重大变化的不是颜色，而是分子的几何形状。当需要对分子进行"塑形"，使其与目标活性中心相吻合，或反之，将其挤出目标活性中心时，这一点就显得尤为方便。所有这些都是由特定波长的光脉冲触发的。可能的实际应用范围非常广泛。然而，由于它是最近才发现的，专家们才刚刚开始发掘它的潜力。

Jakub Copko（左）和布拉格 IOCB 氧化还原光化学组组长 Tomáš Slanina。图片来源：Tomáš Belloň / 布拉格 IOCB

Tomáš Slanina 小组的科学家们长期以来一直在研究光开关。具体来说，他们一直在关注一种被称为"fulgids"的物质，尽管与其他光开关相比，这种物质通常具有更好的特性，但全世界只有少数几个实验室在研究这种物质。原因很简单：迄今为止，它们的制备非常复杂。

不过，Jakub Copko 也设法消除了这一障碍。他解释说："当我开始攻读博士学位时，我需要花费长达一个月的时间才能制备出一个fulgids。现在，多亏了我们的化学捷径，一个下午就能做好。"

他采用所谓的单锅反应，即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。这不仅大大加快了制备过程，而且使反应更纯净，产率更高，并减少了对环境的影响。

Tomáš Slanina 补充道："我们正在努力确保fulgids不仅仅是教科书上的一类物质，而是能够得到更广泛的关注。它可以推动全球光开关领域的发展。"

得益于他的研究小组的工作，这种光开关的制备现在变得非常简单，即使没有任何光开关化学方面的经验，也可以在任何合成化学实验室完成。

编译自:ScitechDaily