२०२२ मा विशाल उपकरणहरूले ठूलो रसायन विज्ञानलाई अगाडि बढाए
विशाल डेटा सेट र विशाल उपकरणहरूले यस वर्ष वैज्ञानिकहरूलाई रसायन विज्ञानलाई विशाल स्तरमा सम्बोधन गर्न मद्दत गर्यो।
द्वाराएरियाना रेमेल
क्रेडिट: ORNL मा ओक रिज लिडरशिप कम्प्युटिङ सुविधा
ओक रिज राष्ट्रिय प्रयोगशालामा रहेको फ्रन्टियर सुपर कम्प्युटर नयाँ पुस्ताका मेसिनहरूमध्ये पहिलो हो जसले रसायनशास्त्रीहरूलाई पहिलेभन्दा बढी जटिल आणविक सिमुलेशनहरू लिन मद्दत गर्नेछ।
वैज्ञानिकहरूले २०२२ मा सुपरसाइज्ड उपकरणहरू प्रयोग गरेर ठूला आविष्कारहरू गरे। रासायनिक रूपमा सक्षम कृत्रिम बुद्धिमत्ताको हालैको प्रवृत्तिमा निर्माण गर्दै, अनुसन्धानकर्ताहरूले ठूलो प्रगति गरे, कम्प्युटरहरूलाई अभूतपूर्व स्तरमा प्रोटीन संरचनाहरूको भविष्यवाणी गर्न सिकाउँदै। जुलाईमा, अल्फाबेटको स्वामित्वमा रहेको कम्पनी डीपमाइन्डले संरचनाहरू समावेश गर्ने डाटाबेस प्रकाशित गर्यो।लगभग सबै ज्ञात प्रोटीनहरू— मेसिन लर्निङ एल्गोरिथ्म अल्फाफोल्डले भविष्यवाणी गरेअनुसार १० करोडभन्दा बढी प्रजातिका २० करोडभन्दा बढी व्यक्तिगत प्रोटिनहरू। त्यसपछि, नोभेम्बरमा, टेक कम्पनी मेटाले प्रोटिन भविष्यवाणी प्रविधिमा आफ्नो प्रगति प्रदर्शन गर्यो जसलाई एआई एल्गोरिथ्म भनिन्छ।ESMFold का थप वस्तुहरू। एक प्रिप्रिन्ट अध्ययनमा जुन अहिलेसम्म सहकर्मी-समीक्षा गरिएको छैन, मेटा अनुसन्धानकर्ताहरूले रिपोर्ट गरे कि उनीहरूको नयाँ एल्गोरिथम अल्फाफोल्ड जत्तिकै सटीक छैन तर छिटो छ। बढेको गतिको अर्थ अनुसन्धानकर्ताहरूले केवल २ हप्तामा ६० करोड संरचनाहरूको भविष्यवाणी गर्न सक्थे (bioRxiv २०२२, DOI:१०.११०१/२०२२.०७.२०.५००९०२).
वाशिंगटन विश्वविद्यालय (UW) स्कूल अफ मेडिसिनका जीवविज्ञानीहरूले मद्दत गरिरहेका छन्प्रकृतिको टेम्प्लेटभन्दा बाहिर कम्प्युटरको जैव रासायनिक क्षमताहरू विस्तार गर्नुहोस्मेसिनहरूलाई सुरुदेखि नै बेस्पोक प्रोटिन प्रस्ताव गर्न सिकाएर। UW का डेभिड बेकर र उनको टोलीले एउटा नयाँ एआई उपकरण सिर्जना गरे जसले सरल प्रम्प्टहरूमा पुनरावृत्ति सुधार गरेर वा अवस्थित संरचनाको चयन गरिएका भागहरू बीचको खाडलहरू भरेर प्रोटिन डिजाइन गर्न सक्छ (विज्ञान२०२२, DOI:१०.११२६/science.abn२१००)। टोलीले प्रोटिनएमपीएनएन नामक नयाँ कार्यक्रम पनि सुरु गर्यो, जुन धेरै प्रोटिन सबयुनिटहरूको डिजाइन गरिएको थ्रीडी आकार र एसेम्बलीबाट सुरु हुन सक्छ र त्यसपछि तिनीहरूलाई कुशलतापूर्वक बनाउन आवश्यक एमिनो एसिड अनुक्रमहरू निर्धारण गर्न सक्छ (विज्ञान२०२२, DOI:१०.११२६/विज्ञान.add2187;१०.११२६/विज्ञान.१९६४ थप्नुहोस्)। यी जैव रासायनिक रूपमा जानकार एल्गोरिदमहरूले वैज्ञानिकहरूलाई नयाँ जैविक पदार्थ र औषधिहरूमा प्रयोग गर्न सकिने कृत्रिम प्रोटीनहरूको खाका निर्माण गर्न मद्दत गर्न सक्छन्।
क्रेडिट: इयान सी. हेडन/यूडब्ल्यू इन्स्टिच्युट फर प्रोटिन डिजाइन
मेसिन लर्निङ एल्गोरिदमले वैज्ञानिकहरूलाई विशेष कार्यहरूलाई ध्यानमा राखेर नयाँ प्रोटिनहरूको सपना देख्न मद्दत गरिरहेको छ।
कम्प्युटेसनल रसायनशास्त्रीहरूको महत्वाकांक्षा बढ्दै जाँदा, आणविक संसारको नक्कल गर्न प्रयोग गरिने कम्प्युटरहरू पनि बढ्दै जान्छन्। ओक रिज राष्ट्रिय प्रयोगशाला (ORNL) मा, रसायनशास्त्रीहरूले अहिलेसम्म निर्मित सबैभन्दा शक्तिशाली सुपर कम्प्युटरहरू मध्ये एकको पहिलो झलक पाए।ORNL को एक्सास्केल सुपर कम्प्युटर, फ्रन्टियर, प्रति सेकेन्ड १ क्विन्टिलियन भन्दा बढी फ्लोटिंग अपरेशनहरू गणना गर्ने पहिलो मेसिनहरू मध्ये एक हो, जुन कम्प्युटेसनल अंकगणितको एकाइ हो। त्यो कम्प्युटिङ गति जापानको सुपर कम्प्युटर फुगाकु भन्दा लगभग तीन गुणा छिटो छ। अर्को वर्ष, दुई थप राष्ट्रिय प्रयोगशालाहरूले अमेरिकामा एक्सास्केल कम्प्युटरहरू डेब्यू गर्ने योजना बनाएका छन्। यी अत्याधुनिक मेसिनहरूको आउटसाइज कम्प्युटर पावरले रसायनशास्त्रीहरूलाई अझ ठूला आणविक प्रणालीहरू र लामो समयको स्केलमा नक्कल गर्न अनुमति दिनेछ। ती मोडेलहरूबाट सङ्कलन गरिएको डेटाले अनुसन्धानकर्ताहरूलाई फ्लास्कमा हुने प्रतिक्रियाहरू र तिनीहरूलाई मोडेल गर्न प्रयोग गरिने भर्चुअल सिमुलेशनहरू बीचको खाडललाई कम गरेर रसायनशास्त्रमा के सम्भव छ भन्ने सीमाहरू धकेल्न मद्दत गर्न सक्छ। "हामी त्यस्तो बिन्दुमा छौं जहाँ हामी वास्तवमै प्रश्नहरू सोध्न सुरु गर्न सक्छौं कि हाम्रो सैद्धान्तिक विधिहरू वा मोडेलहरूमा के हराइरहेको छ जसले हामीलाई प्रयोगले हामीलाई वास्तविक भनेको कुराको नजिक पुर्याउँछ," आयोवा स्टेट युनिभर्सिटीकी कम्प्युटेसनल रसायनज्ञ र एक्सास्केल कम्प्युटिङ प्रोजेक्टकी परियोजना प्रमुख थेरेसा विन्डसले सेप्टेम्बरमा C&EN लाई बताइन्। एक्सास्केल कम्प्युटरहरूमा सञ्चालित सिमुलेशनहरूले रसायनशास्त्रीहरूलाई नयाँ इन्धन स्रोतहरू आविष्कार गर्न र नयाँ जलवायु-लचिलो सामग्रीहरू डिजाइन गर्न मद्दत गर्न सक्छ।
देशभरि, क्यालिफोर्नियाको मेन्लो पार्कमा, SLAC राष्ट्रिय गतिवर्धक प्रयोगशाला स्थापना गर्दैछलिन्याक कोहेरेन्ट लाइट सोर्स (LCLS) मा सुपरकूल अपग्रेडहरूयसले रसायनशास्त्रीहरूलाई परमाणु र इलेक्ट्रोनहरूको अल्ट्राफास्ट संसारमा गहिरो रूपमा हेर्न अनुमति दिन सक्छ। यो सुविधा ३ किलोमिटर रेखीय गतिवर्धकमा निर्मित छ, जसका भागहरूलाई तरल हेलियमले २ किलोमिटरसम्म चिसो पारिन्छ, जसले एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रोन लेजर (XFEL) भनिने एक प्रकारको सुपरब्राइट, सुपरफास्ट प्रकाश स्रोत उत्पादन गर्दछ। रसायनशास्त्रीहरूले उपकरणहरूको शक्तिशाली पल्सहरू प्रयोग गरेर आणविक चलचित्रहरू बनाएका छन् जसले तिनीहरूलाई रासायनिक बन्धनहरू बन्ने र प्रकाश संश्लेषक इन्जाइमहरू काम गर्ने जस्ता असंख्य प्रक्रियाहरू हेर्न सक्षम बनाएको छ। "फेमटोसेकेन्ड फ्ल्यासमा, तपाईंले परमाणुहरू स्थिर रहेको, एकल परमाणु बन्धनहरू तोडिएको देख्न सक्नुहुन्छ," स्ट्यानफोर्ड विश्वविद्यालय र SLAC मा संयुक्त नियुक्तिहरू भएका सामग्री वैज्ञानिक लियोरा ड्रेसेलहाउस-मारैसले जुलाईमा C&EN लाई बताइन्। LCLS मा स्तरोन्नतिले वैज्ञानिकहरूलाई अर्को वर्षको सुरुमा नयाँ क्षमताहरू उपलब्ध हुँदा एक्स-रेहरूको ऊर्जालाई राम्रोसँग ट्युन गर्न पनि अनुमति दिनेछ।
क्रेडिट: SLAC राष्ट्रिय गतिवर्धक प्रयोगशाला
SLAC राष्ट्रिय गतिवर्धक प्रयोगशालाको एक्स-रे लेजर क्यालिफोर्नियाको मेन्लो पार्कमा रहेको ३ किलोमिटर लामो रेखीय गतिवर्धकमा निर्मित छ।
यस वर्ष, वैज्ञानिकहरूले यो पनि देखे कि लामो समयदेखि प्रतिक्षा गरिएको जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप (JWST) कति शक्तिशाली हुन सक्छ।हाम्रो ब्रह्माण्डको रासायनिक जटिलता। नासा र यसका साझेदारहरू - युरोपेली अन्तरिक्ष एजेन्सी, क्यानेडियन अन्तरिक्ष एजेन्सी, र अन्तरिक्ष टेलिस्कोप विज्ञान संस्थान - ले पहिले नै दर्जनौं छविहरू जारी गरिसकेका छन्, तारकीय नेबुलाको चम्किलो चित्रदेखि प्राचीन आकाशगंगाहरूको मौलिक औंठाछापहरू सम्म। १० अर्ब डलरको इन्फ्रारेड टेलिस्कोप हाम्रो ब्रह्माण्डको गहिरो इतिहास अन्वेषण गर्न डिजाइन गरिएका वैज्ञानिक उपकरणहरूको सुइटहरूले सजिएको छ। दशकौंदेखि निर्माणमा रहेको, JWST ले ४.६ अर्ब वर्ष पहिले देखा परेको घुमाउरो आकाशगंगाको छवि खिचेर आफ्ना इन्जिनियरहरूको अपेक्षाभन्दा राम्रो प्रदर्शन गरिसकेको छ, जसमा अक्सिजन, नियोन र अन्य परमाणुहरूको स्पेक्ट्रोस्कोपिक हस्ताक्षरहरू समावेश छन्। वैज्ञानिकहरूले एक्सोप्लानेटमा बाफयुक्त बादल र धुवाँको हस्ताक्षर पनि मापन गरे, जसले खगोलविद्हरूलाई पृथ्वीभन्दा बाहिर सम्भावित बसोबासयोग्य संसारहरू खोज्न मद्दत गर्न सक्ने डेटा प्रदान गर्यो।
पोस्ट समय: फेब्रुअरी-०७-२०२३