Datblygodd offer enfawr cemeg fawr yn 2022
Helpodd setiau data enfawr ac offerynnau anferthol wyddonwyr i fynd i'r afael â chemeg ar raddfa enfawr eleni
ganAriana Remmel
Credyd: Cyfleuster Cyfrifiadura Arweinyddiaeth Oak Ridge yn ORNL
Yr uwchgyfrifiadur Frontier yn Labordy Cenedlaethol Oak Ridge yw'r cyntaf o genhedlaeth newydd o beiriannau a fydd yn helpu cemegwyr i ymgymryd ag efelychiadau moleciwlaidd sy'n fwy cymhleth nag erioed o'r blaen.
Gwnaeth gwyddonwyr ddarganfyddiadau mawr gydag offer mawr yn 2022. Gan adeiladu ar y duedd ddiweddar o ddeallusrwydd artiffisial cemegol cymwys, cymerodd ymchwilwyr gamau breision, gan ddysgu cyfrifiaduron i ragfynegi strwythurau protein ar raddfa na welwyd ei thebyg o'r blaen.Ym mis Gorffennaf, cyhoeddodd cwmni DeepMind, sy'n eiddo i'r Wyddor, gronfa ddata yn cynnwys strwythuraubron pob protein hysbys—200 miliwn a mwy o broteinau unigol o dros 100 miliwn o rywogaethau - fel y rhagfynegwyd gan yr algorithm dysgu peirianyddol AlphaFold.Yna, ym mis Tachwedd, dangosodd y cwmni technoleg Meta ei gynnydd mewn technoleg rhagfynegi protein gydag algorithm AI o'r enwESMFold.Mewn astudiaeth rhagargraffiad nad yw eto wedi'i hadolygu gan gymheiriaid, adroddodd ymchwilwyr Meta nad yw eu algorithm newydd mor gywir ag AlphaFold ond ei fod yn gyflymach.Roedd y cyflymder cynyddol yn golygu y gallai'r ymchwilwyr ragweld 600 miliwn o strwythurau mewn dim ond pythefnos (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
Mae biolegwyr yn Ysgol Feddygaeth Prifysgol Washington (PC) yn helpuehangu galluoedd biocemegol cyfrifiaduron y tu hwnt i dempled naturtrwy ddysgu peiriannau i gynnig proteinau pwrpasol o'r dechrau.Creodd David Baker o PC a’i dîm offeryn AI newydd sy’n gallu dylunio proteinau naill ai drwy wella ysgogiadau syml yn ailadroddol neu drwy lenwi’r bylchau rhwng rhannau dethol o strwythur sy’n bodoli (Gwyddoniaeth2022, DOI:10.1126/gwyddoniaeth.abn2100).Fe wnaeth y tîm hefyd gychwyn rhaglen newydd, ProteinMPNN, a all gychwyn o siapiau 3D wedi'u dylunio a chydosodiadau o is-unedau protein lluosog ac yna pennu'r dilyniannau asid amino sydd eu hangen i'w gwneud yn effeithlon (Gwyddoniaeth2022, DOI:10.1126/gwyddoniaeth.add2187;10.1126/gwyddoniaeth.add1964).Gallai'r algorithmau biocemegol hyn fod o gymorth i wyddonwyr adeiladu glasbrintiau ar gyfer proteinau artiffisial y gellid eu defnyddio mewn bioddeunyddiau a fferyllol newydd.
Credyd: Ian C. Haydon/Sefydliad Dylunio Proteinau PC
Mae algorithmau dysgu peiriannau yn helpu gwyddonwyr i freuddwydio proteinau newydd gyda swyddogaethau penodol mewn golwg.
Wrth i uchelgeisiau cemegwyr cyfrifiannol dyfu, felly hefyd y cyfrifiaduron a ddefnyddir i efelychu'r byd moleciwlaidd.Yn Labordy Cenedlaethol Oak Ridge (ORNL), cafodd fferyllwyr y cipolwg cyntaf ar un o'r uwchgyfrifiaduron mwyaf pwerus a adeiladwyd erioed.Uwchgyfrifiadur exascale ORNL, Frontier, ymhlith y peiriannau cyntaf i gyfrifo mwy nag 1 quintillion gweithrediadau arnofio yr eiliad, uned o rifyddeg gyfrifiadol.Mae'r cyflymder cyfrifiadurol hwnnw tua thair gwaith mor gyflym â'r pencampwr sy'n teyrnasu, yr uwchgyfrifiadur Fugaku yn Japan.Yn ystod y flwyddyn nesaf, mae dau labordy cenedlaethol arall yn bwriadu dechrau cyfrifiaduron exascale yn yr Unol Daleithiau.Bydd pŵer cyfrifiadurol mawr y peiriannau hyn o'r radd flaenaf yn galluogi cemegwyr i efelychu systemau moleciwlaidd hyd yn oed yn fwy ac ar amserlenni hirach.Gallai'r data a gesglir o'r modelau hynny helpu ymchwilwyr i wthio ffiniau'r hyn sy'n bosibl mewn cemeg trwy gau'r bwlch rhwng yr adweithiau mewn fflasg a'r efelychiadau rhithwir a ddefnyddir i'w modelu.“Rydyn ni wedi cyrraedd pwynt lle gallwn ni ddechrau gofyn cwestiynau o ddifrif ynglŷn â beth sydd ar goll o’n dulliau neu fodelau damcaniaethol a fyddai’n dod â ni’n agosach at yr hyn y mae arbrawf yn ei ddweud wrthym sy’n real,” Theresa Windus, cemegydd cyfrifiannol yn Iowa Dywedodd Prifysgol y Wladwriaeth ac arweinydd prosiect gyda'r Exascale Computing Project, wrth C&EN ym mis Medi.Gallai efelychiadau sy'n cael eu rhedeg ar gyfrifiaduron eithafol helpu cemegwyr i ddyfeisio ffynonellau tanwydd newydd a dylunio deunyddiau newydd sy'n gallu gwrthsefyll yr hinsawdd.
Ledled y wlad, ym Mharc Menlo, California, mae Labordy Cyflymydd Cenedlaethol SLAC yn gosoduwchraddiadau supercool i'r Linac Coherent Light Source (LCLS)a allai ganiatáu i gemegwyr edrych yn ddyfnach i fyd cyflym iawn atomau ac electronau.Mae'r cyfleuster wedi'i adeiladu ar gyflymydd llinol 3 km, y mae rhannau ohono'n cael eu hoeri â heliwm hylif i lawr i 2 K, i gynhyrchu math o ffynhonnell golau cyflym iawn, hynod o'r enw laser electron pelydr-X (XFEL).Mae cemegwyr wedi defnyddio corbys pwerus yr offerynnau i wneud ffilmiau moleciwlaidd sydd wedi eu galluogi i wylio myrdd o brosesau, fel bondiau cemegol yn ffurfio ac ensymau ffotosynthetig yn mynd i weithio.“Mewn fflach femtosecond, gallwch weld atomau yn sefyll yn llonydd, bondiau atomig sengl yn torri,” meddai Leora Dresselhaus-Marais, gwyddonydd deunyddiau gyda phenodiadau ar y cyd ym Mhrifysgol Stanford a SLAC, wrth C&EN ym mis Gorffennaf.Bydd yr uwchraddio i LCLS hefyd yn caniatáu i wyddonwyr diwnio egni pelydrau-X yn well pan fydd y galluoedd newydd ar gael yn gynnar y flwyddyn nesaf.
Credyd: Labordy Cyflymydd Cenedlaethol SLAC
Mae laser pelydr-X Labordy Cyflymydd Cenedlaethol SLAC wedi'i adeiladu ar gyflymydd llinellol 3 km ym Mharc Menlo, California.
Eleni, gwelodd gwyddonwyr hefyd pa mor bwerus y gallai Telesgop Gofod James Webb (JWST) hir-ddisgwyliedig fod ar gyfer datgelu'rcymhlethdod cemegol ein bydysawd.Mae NASA a'i bartneriaid - Asiantaeth Ofod Ewrop, Asiantaeth Ofod Canada, a'r Sefydliad Gwyddoniaeth Telesgop Gofod - eisoes wedi rhyddhau dwsinau o ddelweddau, o bortreadau disglair o nifylau serol i olion bysedd elfennol galaethau hynafol.Mae'r telesgop isgoch $10 biliwn wedi'i addurno â chyfres o offerynnau gwyddonol sydd wedi'u cynllunio i archwilio hanes dwfn ein bydysawd.Degawdau ar y gweill, mae'r JWST eisoes wedi perfformio'n well na disgwyliadau ei beirianwyr trwy dynnu llun o alaeth chwyrlïol fel yr ymddangosodd 4.6 biliwn o flynyddoedd yn ôl, ynghyd â llofnodion sbectrosgopig o ocsigen, neon, ac atomau eraill.Fe wnaeth gwyddonwyr hefyd fesur llofnodion cymylau stêm a niwl ar allblaned, gan ddarparu data a allai helpu astrobiolegwyr i chwilio am fydoedd a allai fyw ynddynt y tu hwnt i'r Ddaear.
Amser postio: Chwefror-07-2023