Oggi incontriamo comunemente chip RFID contactless in numerosi prodotti, ma è possibile implementare una tecnologia simile a livello molecolare? La risposta è si. Il principio della codifica molecolare ideato da Miloslav Polášek e dal suo team all'IOCB Praga rappresenta un nuovo metodo sulla frontiera della chimica e delle moderne tecnologie. Il loro articolo sulla codifica paramagnetica delle molecole è stato recentemente pubblicato sulla rivista Nature Communications .

Il nuovo principio della codifica molecolare e il prototipo di un tale sistema molecolare erano inizialmente solo idee di fantascienza. Dopo cinque anni di sviluppo, il team è riuscito a creare molecole con le giuste caratteristiche, la cui struttura è adatta all'incorporazione di ioni di elementi metallici di terre rare, i cosiddetti lantanidi. Questi elementi hanno speciali proprietà paramagnetiche che consentono di sintonizzare la risposta della molecola in un campo magnetico. La risposta può fungere da vettore di informazioni digitali e, analogamente ai chip RFID, può essere letta nello spettro delle radiofrequenze per mezzo della risonanza magnetica nucleare. Inoltre, queste costruzioni molecolari possono essere ulteriormente collegate e combinate per creare un segnale sempre più complesso ma ancora leggibile con una maggiore capacità di informazioni digitali.

"Nel nostro articolo per Nature Communications , abbiamo introdotto il sistema più semplice possibile di due molecole collegate, in cui abbiamo inserito varie combinazioni di atomi di due lantanidi selezionati, disprosio e olmio. Abbiamo dimostrato che anche con un sistema primitivo come quello, è possibile creare quattro segnali unici e usarli per generare quindici codici digitali diversi", afferma Miloslav Polášek, capo del gruppo di chimica di coordinamento presso l'Istituto di chimica organica e biochimica del Accademia delle scienze ceca / IOCB Praga. "All'inizio potrebbe non sembrare molto, ma il numero di codici cresce notevolmente man mano che il numero di elementi aumenta. Quattro elementi forniscono 65.535 codici, e con solo sei potremmo, ad esempio, etichettare con codici univoci tutte le banconote in euro attualmente in circolazione. Considerando che possiamo utilizzare dodici di questi elementi, otteniamo uno strumento con un potenziale immenso."

Una costruzione molecolare che consente l'incorporazione di atomi di lantanidi in posizioni definite con precisione gioca un ruolo chiave. "Il nostro gruppo lavora con chelanti, che sono molecole che possono formare legami con ioni metallici e racchiuderli in una struttura che sembra una gabbia. Abbiamo usato un amminoacido per collegare queste gabbie molecolari contenenti metallo e abbiamo anche collegato un altro componente a che agisce come un trasmettitore nel campo magnetico e la cui frequenza dipende dal tipo di ioni metallici e dal loro ordine", spiega Jan Kretschmer, un membro del team dell'IOCB di Praga e uno studente della Facoltà di Scienze dell'Università Carlo.

Miloslav Polášek e il suo team non sono gli unici interessati all'uso delle molecole come vettori di informazioni; altri ricercatori hanno cercato principalmente modi ispirati dalla biologia, usando ad esempio il DNA. Il vantaggio del DNA è la sua capacità di contenere enormi quantità di informazioni in una singola molecola. D'altra parte, un grosso svantaggio è la sua lettura complicata, che richiede la raccolta e la manipolazione di un campione, che inoltre presenta un rischio di contaminazione con un DNA diverso dall'ambiente circostante. Il vantaggio fondamentale della codifica molecolare paramagnetica è che le informazioni possono essere lette da remoto. Il processo di lettura può essere ripetuto all'infinito senza alcun danno alla molecola o esaurimento. Le informazioni vengono memorizzate in modo permanente.

"Quando abbiamo presentato il nostro articolo alla rivista per la prima volta, uno dei revisori ha suggerito di fornire un esempio specifico dell'utilizzo del metodo. L'abbiamo preso come una sfida e abbiamo eseguito due esperimenti. Nel primo, abbiamo utilizzato il nostro set di molecole per codificare un'immagine con incisa la parola "CODICE", che poi leggiamo utilizzando la risonanza magnetica in collaborazione con il team di Daniel Jirák dell'Istituto di Medicina Clinica e Sperimentale. Nel secondo esperimento, abbiamo utilizzato un metodo leggermente diverso per codificare la parola 'Lanthanide' nel codice digitale", aggiunge il dott. Polášek.

L'attuale sistema molecolare utilizza quattro diversi lantanidi ed è in grado di codificare in modo affidabile a 16 bit; tuttavia, un sistema ottimizzato che utilizza anche i lantanidi rimanenti potrebbe, in linea di principio, consentire una codifica a 64 bit o anche superiore, e ciò fornirebbe opportunità per applicazioni in molte aree. In linea di principio, è possibile etichettare oggetti microscopici, come cellule, nonché oggetti macroscopici come farmaci o banconote. Il team di Miloslav Polášek sta pianificando applicazioni nei prossimi anni non solo per la chimica e la farmacia, ma anche per la telemedicina e altri settori concentrandosi sullo sviluppo di tecnologie innovative. + Esplora ulteriormente

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