V čom je podľa vás výskum molekulových strojov tak dôležitý, že si vyslúžil Nobelovu cenu?
Pretože ide o zariadenia, ktoré sú miniaturizované do absolútne najmenšieho stavu ako dokážeme a napriek tomu sú schopné plniť niektoré funkcie makroskopických strojov. Každé z tých zariadení je pritom jedna jediná molekula.

Sú umelé nanostroje prvými svojho druhu, alebo sa veci inšpirovali prírodou?
Nanostroje nájdeme aj v biologickom svete. Už len v bunke sa väčšina molekúl dá považovať za isté molekulové zariadenia. Napríklad ATP syntetáza, čo je proteínový komplex zodpovedný za výrobu energetického paliva bunky, je v podstate molekulový motor, ktorý sa pri svojej činnosti otáča.

V tlačovej správe Kráľovskej akadémie vied sa ako príklad uvádzal aj bičík baktérií.
Vzhľadom na to, že bičík poháňa bunku, by sme ho tiež mohli považovať za istý druh nanostroja. Je však ešte stále podstatne väčší než syntetické molekulové zariadenia, ktoré boli ocenené.

Konštruovanie molekulových strojov sa v niektorých médiách prirovnávalo k nanoskopickému legu. Ako však môžeme skladať molekuly, keď ich vlastne nevieme reálne uchopiť?
Všetka tá manipulácia prebieha na základe chémie. Nevieme ich chytiť do pinzety, ale vieme naviazať jednu molekulu na druhú. Vieme k nim pridať nejakú funkčnú skupinu, či ich naviazať na konkrétny materiál, povrch a podobne.

Ako jeden z prvých krokov k rozvoju výskumu nanostrojov sa uvádza spojenie dvoch molekúl mechanickou väzbou. Vedeli vedci vytvárať molekulové reťazce už predtým?
Väčšinou je veľmi ťažké povedať, kde presne ten začiatok bol a pri spätnom pohľade sa to jednoducho nejako odhaduje. Vedci samozrejme vedeli tvoriť molekulové reťazce už predtým, ale väčšinou sa na ne nedívali ako na zariadenia. Dívali sa ne to ako na molekuly, ako na stavebné jednotky. Nebolo to pre nich zariadenie, ktoré by plnilo nejakú funkciu.

Ocenený Jean-Pierre Sauvage a jeho tím však molekuly spojili mechanickou väzbou, čo bola novinka. V čom je odlišná od chemickej väzby a prečo bola pre vývoj nanostrojov dôležitá?
Častice, ktoré sú viazané mechanickou väzbou, sa vedia navzájom relatívne voľne pohybovať. To znamená, že máme niečo, čo pre stroj potrebujeme – vzájomný pohyb dvoch častí zariadenia.

Pri chemickej väzbe je pohyb jednotlivých častí strašne obmedzený, viac-menej len na rotáciu.

Je pri molekulových strojoch dôležité aj to, aby sa molekuly navzájom neovplyvňovali, nevymieňali si elektróny a podobne?
To dôležité nie je, keďže niektoré molekulové zariadenia využívajú práve takéto vzájomné interakcie. Nanostroje nemusia byť len mechanické, ako naznačuje názov väzby. Existujú napríklad aj elektrické molekulové zariadenia, kde je dôležitý práve prenos elektrónov.

Elektrický prúd je totiž prenos elektrónov v rámci vodiča a takéto molekuly sú schopné fungovať ako molekulové vodiče, kde prúd prechádza vyslovene po jednom elektróne.

Klasické stroje potrebujú na svoje fungovanie nejaké palivo, či elektrinu. Čo potrebujú tie molekulové?
V súčasnosti existujú molekulové stroje, ktoré dokážu využiť takmer čokoľvek. Od elektriny, až po chemickú energiu, ako je energia z horenia, kde dochádza k zmenám molekúl. Profesor Feringa napríklad vyvinul molekulový motor, ktorý je poháňaný svetlom.

V rámci vášho doktorandského štúdia ste práve u Bena Feringa strávili viac ako štyri roky. Podieľali ste sa aj na ocenenom výskume?
Áno, pracoval som na molekulových zariadeniach, konkrétne na molekulových spínačoch. To sú molekuly, ktoré existujú v dvoch stavoch, ktoré vieme prepínať pomocou svetla. V jednom stave môže mať molekula inú farbu ako v druhom, iný tvar, alebo iné elektrónové vlastnosti.

Takýto molekulový prepínač sme potom využili v biologickom systéme. Zabudovali sme ho do proteínového kanálika v bunkovej membráne, ktorý sme potom dokázali pomocou svetla otvárať a zatvárať.

Skupina profesora Feringa v roku 2005, kedy u neho pôsobil aj Martin Walko. Profesor Feringa stojí v pravej dolnej časti v červenej košeli a tmavom saku. Foto: archív Martina Walka

Aký môže mať takéto otváranie bunky význam pre naše telo?
My sme to využili na doručovanie aktívnych látok v organizme. Kanálik sme zabudovali do lipidovej častice – lipozómu, ktorý si v podstate môžete predstaviť ako guľu. Jej povrch je tvorený lipidmi a vnútri môže byť naplnená napríklad nejakým liečivom.

Tým, že sme doň zabudovali tento kanálik, sme ho dokázali pomocou svetelného impulzu, alebo v závislosti od kyslosti prostredia v konkrétnom momente otvoriť a liečivo vypustiť do organizmu – na presnom mieste a v presnom čase. Lipozómy, ktoré sa pohybujú v krvnom riečišti, sa totiž v rámci tela v podstate nachádzajú všade.

Nanostroje by si podľa vedcov mohli nájsť uplatnenie nielen v medicíne, ale aj v technologickej oblasti, kde už bol vyvinutý napríklad molekulový počítačový čip. Ako môžeme tak nepredstaviteľne malú súčiastku vôbec využiť?
Jedna molekula dokáže reprezentovať celú logickú bránu, na čo je na jednom čipe v počítači potrebných až niekoľko desiatok tranzistorov. Jedna molekula je schopná zabezpečiť funkciu niekoľkých tranzistorov. Zatiaľ je však problém pospájať dostatočne veľa molekúl na to, aby sme z nich mohli vytvoriť procesor, ktorý by sa dal priamo využiť.

Máme teda zatiaľ problém prepojiť nanosvet s makrosvetom?
Potenciál nanostrojov je obrovský a zatiaľ len veľmi málo využitý. Je to totiž obrovský skok v rozmeroch. Za tie roky, počas ktorých sa molekulové zariadenia vyvíjali, došlo k miniaturizácii aj v bežnej elektronike, no stále je tam značný rozdiel. Práve preto ich zatiaľ nevieme celkom dobre využiť.

Vyzerá to, že budeme musieť rozmýšľať trošku ináč a nesnažiť sa len kopírovať to, čo sme schopní zostaviť v makroskopickom svete.

Využil sa spínač, na ktorom ste pracovali, aj v motore reagujúcom na svetlo?
Nie, tento motor má totiž inú štruktúru. Pracoval som však napríklad na jeho urýchľovaní, čiže na štrukturálnych zmenách, vďaka ktorým sa otáčal rýchlejšie.

Dnes sa tento motor dokáže otočiť približne 12 miliónov krát za sekundu. Prečo sa vedci snažili dosiahnuť až tak vysokú rýchlosť?
Pohyb takéhoto motora sa uskutočňuje vo veľmi malom meradle a jeho otáčanie je tu rádovo v nanometroch. Ak teda chceme, aby dokázal vykonať nejakú reálnu prácu v makroskopickom meradle, potrebujeme, aby to robil čo najrýchlejšie. Inak by sa to viditeľne neprejavilo.

Nanostroje sa dokážu nielen pohybovať, ale tiež hýbať okolitými objektmi. Platí pri nich to isté ako pri mravcoch – že zdvihnú aj nepomerne väčšie predmety?
O dvíhaní a prenášaní z miesta na miesto zatiaľ veľmi hovoriť nemôžeme. Ide skôr o manipuláciu s makroskopickými objektmi, čo znamená, že dokážu pohnúť niečím, čo je tisíc krát väčšie než ony. Pokiaľ sa napríklad na povrchu, alebo v roztoku nachádza veľké množstvo spomínaných motorov a sú správne orientované, dokážu navyše do určitej miery spolupracovať.

Na Slovensku o nanostrojoch napriek ich významu často nepočujeme. Skúmajú sa tu vôbec?
Na Slovensku je v tejto oblasti veľmi limitovaný výskum, pretože je to náročné na techniku a peniaze.

Týka sa to aj vás? Pracujete po vašom návrate s nanostrojmi?
Snažím sa tomu venovať, ale ide to veľmi ťažko.