२०२२ मा ठूला औजारहरूले ठूला रसायन विज्ञानमा उन्नत डेटा सेटहरू र विशाल उपकरणहरूले वैज्ञानिकहरूलाई यस वर्ष विशाल स्केलमा रसायन विज्ञानको सामना गर्न मद्दत गरे

ठूला उपकरणहरूले २०२२ मा ठूला रसायन विज्ञानलाई उन्नत बनायो

विशाल डेटा सेटहरू र विशाल उपकरणहरूले वैज्ञानिकहरूलाई यस वर्ष विशाल स्केलमा रसायन विज्ञानको सामना गर्न मद्दत गर्‍यो

द्वाराएरियाना रेमेल

क्रेडिट: ओआरएनएलमा ओक रिज लीडरशिप कम्प्युटिङ सुविधा

ओक रिज नेशनल ल्याबोरेटरीमा रहेको फ्रन्टियर सुपर कम्प्युटर नयाँ पुस्ताको मेसिनमध्ये पहिलो हो जसले रसायनविद्हरूलाई पहिलेभन्दा धेरै जटिल आणविक सिमुलेशनहरू लिन मद्दत गर्नेछ।

वैज्ञानिकहरूले 2022 मा सुपरसाइज्ड उपकरणहरूको साथमा ठूला खोजहरू गरे। रासायनिक रूपमा सक्षम कृत्रिम बुद्धिमत्ताको हालैको प्रवृत्तिको निर्माण गर्दै, अनुसन्धानकर्ताहरूले कम्प्युटरहरूलाई अभूतपूर्व स्तरमा प्रोटिन संरचनाहरूको भविष्यवाणी गर्न सिकाएर ठूलो प्रगति गरे।जुलाईमा, अल्फाबेटको स्वामित्वमा रहेको कम्पनी डीपमाइन्डले संरचनाहरू समावेश गरेको डाटाबेस प्रकाशित गर्‍योलगभग सबै ज्ञात प्रोटीन——————————————————————————————————————त्यसपछि, नोभेम्बरमा, टेक कम्पनी मेटाले एआई एल्गोरिथ्मको साथ प्रोटिन भविष्यवाणी प्रविधिमा आफ्नो प्रगति प्रदर्शन गर्‍यो।ESMFold।एक प्रिप्रिन्ट अध्ययनमा जुन अहिलेसम्म सहकर्मी-समीक्षा गरिएको छैन, मेटा अनुसन्धानकर्ताहरूले रिपोर्ट गरे कि तिनीहरूको नयाँ एल्गोरिथ्म अल्फाफोल्ड जत्तिकै सही छैन तर छिटो छ।बढेको गतिको अर्थ शोधकर्ताहरूले मात्र २ हप्तामा ६० करोड संरचनाको भविष्यवाणी गर्न सक्ने (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).

वाशिंगटन विश्वविद्यालय (UW) स्कूल अफ मेडिसिनका जीवविज्ञानीहरूले मद्दत गरिरहेका छन्प्रकृतिको टेम्प्लेटभन्दा बाहिर कम्प्युटरको बायोकेमिकल क्षमताहरू विस्तार गर्नुहोस्स्क्र्याचबाट बेस्पोक प्रोटीन प्रस्ताव गर्न मेसिनहरू सिकाएर।UW का डेभिड बेकर र उनको टोलीले एउटा नयाँ एआई उपकरण सिर्जना गर्‍यो जसले प्रोटिनहरूलाई सामान्य प्रम्प्टहरूमा पुनरावृत्ति सुधार गरेर वा अवस्थित संरचनाका चयन गरिएका भागहरू बीचको खाली ठाउँहरू भरेर डिजाइन गर्न सक्छ।विज्ञान2022, DOI:10.1126/science.abn2100)।टोलीले एक नयाँ कार्यक्रम, ProteinMPNN पनि डेब्यु गर्‍यो, जुन डिजाइन गरिएको 3D आकारहरू र बहु ​​​​प्रोटीन सबयुनिटहरूको संयोजनबाट सुरु गर्न सक्छ र त्यसपछि तिनीहरूलाई कुशलतापूर्वक बनाउन आवश्यक एमिनो एसिड अनुक्रमहरू निर्धारण गर्न सक्छ।विज्ञान2022, DOI:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964)।यी बायोकेमिकली सेवी एल्गोरिदमहरूले वैज्ञानिकहरूलाई कृत्रिम प्रोटिनहरूका लागि ब्लुप्रिन्टहरू निर्माण गर्न मद्दत गर्न सक्छन् जुन नयाँ बायोमेटेरियल र औषधिहरूमा प्रयोग गर्न सकिन्छ।

क्रेडिट: इयान सी. हेडन/यूडब्ल्यू इन्स्टिच्युट फर प्रोटिन डिजाइन

मेसिन लर्निङ एल्गोरिदमहरूले वैज्ञानिकहरूलाई विशेष प्रकार्यहरू दिमागमा राखेर नयाँ प्रोटिनहरूको सपना देख्न मद्दत गरिरहेका छन्।

कम्प्युटेसनल केमिस्टहरूको महत्वाकांक्षा बढ्दै जाँदा, आणविक संसारको नक्कल गर्न प्रयोग गरिने कम्प्युटरहरू।ओक रिज नेशनल ल्याबोरेटरी (ओआरएनएल) मा, रसायनशास्त्रीहरूले अहिलेसम्म निर्मित सबैभन्दा शक्तिशाली सुपर कम्प्युटरहरू मध्ये एकको पहिलो झलक पाए।ORNL को exascale सुपर कम्प्युटर, Frontier, प्रति सेकेन्ड 1 क्विन्टिलियन फ्लोटिंग अपरेशनहरू गणना गर्ने पहिलो मेसिनहरू मध्ये एक हो, कम्प्युटेशनल अंकगणितको एकाइ।त्यो कम्प्युटिङ स्पीड जापानको सुपर कम्प्युटर फुगाकुको शासक च्याम्पियनभन्दा तीन गुणा छिटो छ।अर्को वर्षमा, दुई थप राष्ट्रिय प्रयोगशालाहरूले अमेरिकामा एक्सस्केल कम्प्युटरहरू डेब्यु गर्ने योजना बनाएका छन्।यी अत्याधुनिक मेसिनहरूको आउटसाइज कम्प्युटर पावरले रसायनज्ञहरूलाई अझ ठूला आणविक प्रणालीहरू र लामो समय स्केलहरूमा नक्कल गर्न अनुमति दिनेछ।ती मोडेलहरूबाट सङ्कलन गरिएको डाटाले अनुसन्धानकर्ताहरूलाई फ्लास्कमा हुने प्रतिक्रियाहरू र तिनीहरूलाई मोडेल गर्न प्रयोग गरिने भर्चुअल सिमुलेशनहरू बीचको अन्तरलाई संकुचित गरेर रसायन विज्ञानमा के सम्भव छ भन्ने सीमाहरू धकेल्न मद्दत गर्न सक्छ।"हामी यस्तो बिन्दुमा छौं जहाँ हामी वास्तवमै प्रश्नहरू सोध्न थाल्छौं कि हाम्रो सैद्धान्तिक विधिहरू वा मोडेलहरूबाट के हराइरहेको छ जसले हामीलाई प्रयोगले हामीलाई वास्तविक हो भनी बताइरहेको कुराको नजिक पुर्‍याउँछ," आयोवाका कम्प्युटेसनल केमिस्ट थेरेसा विन्डस। स्टेट युनिभर्सिटी र Exascale कम्प्युटिङ प्रोजेक्टको नेतृत्वमा परियोजनाले सेप्टेम्बरमा C&EN लाई भन्यो।exascale कम्प्युटरहरूमा चल्ने सिमुलेशनहरूले रसायनज्ञहरूलाई नयाँ इन्धन स्रोतहरू आविष्कार गर्न र नयाँ जलवायु-उत्थानशील सामग्रीहरू डिजाइन गर्न मद्दत गर्न सक्छ।

देशभरि, मेन्लो पार्क, क्यालिफोर्नियामा, SLAC राष्ट्रिय गतिवर्धक प्रयोगशाला स्थापना भइरहेको छ।लिनाक कोहेरेन्ट लाइट सोर्स (LCLS) मा सुपर कूल अपग्रेडहरूजसले रसायनशास्त्रीहरूलाई परमाणु र इलेक्ट्रोनहरूको अल्ट्राफास्ट संसारमा गहिरिएर हेर्न अनुमति दिन सक्छ।यो सुविधा 3 किमी रैखिक गतिवर्धकमा बनाइएको छ, जसका भागहरूलाई तरल हीलियमसँग 2 K सम्म चिसो गरिन्छ, जसलाई एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रोन लेजर (XFEL) भनिने एक प्रकारको सुपर उज्यालो, सुपरफास्ट प्रकाश स्रोत उत्पादन गर्न सकिन्छ।रसायनशास्त्रीहरूले आणविक चलचित्रहरू बनाउन उपकरणहरूको शक्तिशाली पल्स प्रयोग गरेका छन् जसले तिनीहरूलाई रासायनिक बन्धनहरू बन्ने र फोटोसिन्थेटिक इन्जाइमहरू काम गर्ने जस्ता असंख्य प्रक्रियाहरू हेर्न सक्षम बनाएको छ।"फेमटोसेकेन्ड फ्ल्याशमा, तपाईले परमाणुहरू स्थिर देख्न सक्नुहुन्छ, एकल आणविक बन्धनहरू तोडिएको छ," स्ट्यानफोर्ड विश्वविद्यालय र SLAC मा संयुक्त नियुक्ति भएका सामग्री वैज्ञानिक लिओरा ड्रेसेलहस-मारैसले जुलाईमा C&EN लाई बताइन्।LCLS मा अपग्रेडहरूले वैज्ञानिकहरूलाई एक्स-रेहरूको ऊर्जालाई अझ राम्रोसँग ट्युन गर्न अनुमति दिनेछ जब नयाँ क्षमताहरू अर्को वर्षको सुरुमा उपलब्ध हुनेछन्।

क्रेडिट: SLAC राष्ट्रिय गतिवर्धक प्रयोगशाला

SLAC नेशनल एक्सेलेरेटर प्रयोगशालाको एक्स-रे लेजर क्यालिफोर्नियाको मेन्लो पार्कमा ३ किमी लामो रैखिक गतिवर्धकमा बनाइएको छ।

यस वर्ष, वैज्ञानिकहरूले यो पनि देखे कि लामो समयदेखि प्रतिक्षा गरिएको जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप (JWST) कती शक्तिशाली हुन सक्छ।हाम्रो ब्रह्माण्डको रासायनिक जटिलता।NASA र यसका साझेदारहरू - युरोपेली अन्तरिक्ष एजेन्सी, क्यानाडाको अन्तरिक्ष एजेन्सी, र स्पेस टेलिस्कोप विज्ञान संस्थान-ले पहिले नै दर्जनौं छविहरू जारी गरिसकेका छन्, तारकीय नेबुलाका चमकदार चित्रहरूदेखि प्राचीन आकाशगंगाहरूको मौलिक औंठाछापहरूसम्म।१० बिलियन डलरको इन्फ्रारेड टेलिस्कोप हाम्रो ब्रह्माण्डको गहिरो इतिहास अन्वेषण गर्न डिजाइन गरिएका वैज्ञानिक उपकरणहरूको सुइटले सजिएको छ।निर्माणको दशकहरूमा, JWST ले पहिले नै 4.6 बिलियन वर्ष पहिले देखा परेको अक्सिजन, नियोन र अन्य परमाणुहरूको स्पेक्ट्रोस्कोपिक हस्ताक्षरहरू सहितको घुमाउरो आकाशगंगाको छवि स्न्याप गरेर आफ्ना ईन्जिनियरहरूको अपेक्षाहरू भन्दा राम्रो प्रदर्शन गरिसकेको छ।वैज्ञानिकहरूले एक एक्सोप्लानेटमा बाफयुक्त बादल र धुवाँको हस्ताक्षर पनि मापन गरे, डाटा प्रदान गर्ने जसले खगोलजीवविज्ञानीहरूलाई पृथ्वीभन्दा बाहिरको सम्भावित बसोबास योग्य संसारहरू खोज्न मद्दत गर्न सक्छ।