२०२२ मध्ये प्रचंड साधनांनी मोठी रसायनशास्त्र विकसित केली प्रचंड डेटा सेट आणि प्रचंड उपकरणांनी शास्त्रज्ञांना या वर्षी मोठ्या प्रमाणात रसायनशास्त्र हाताळण्यास मदत केली

२०२२ मध्ये प्रचंड साधनांनी मोठी रसायनशास्त्र विकसित केले

या वर्षी रसायनशास्त्राचा विषय मोठ्या प्रमाणात हाताळण्यास शास्त्रज्ञांना प्रचंड डेटा सेट आणि प्रचंड उपकरणांनी मदत केली.

द्वारेएरियाना रेमेल

क्रेडिट: ओआरएनएल येथील ओक रिज लीडरशिप कम्प्युटिंग फॅसिलिटी

ओक रिज नॅशनल लॅबोरेटरीमधील फ्रंटियर सुपरकॉम्प्युटर हे नवीन पिढीतील मशीन्सपैकी पहिले आहे जे रसायनशास्त्रज्ञांना पूर्वीपेक्षा अधिक जटिल आण्विक सिम्युलेशन घेण्यास मदत करेल.

२०२२ मध्ये शास्त्रज्ञांनी मोठ्या आकाराच्या साधनांचा वापर करून मोठे शोध लावले. रासायनिकदृष्ट्या सक्षम कृत्रिम बुद्धिमत्तेच्या अलिकडच्या ट्रेंडवर आधारित, संशोधकांनी मोठी प्रगती केली, संगणकांना अभूतपूर्व प्रमाणात प्रथिन संरचनांचा अंदाज लावण्यास शिकवले. जुलैमध्ये, अल्फाबेटच्या मालकीची कंपनी डीपमाइंडने एक डेटाबेस प्रकाशित केला ज्यामध्ये ...जवळजवळ सर्व ज्ञात प्रथिने—मशीन लर्निंग अल्गोरिथम अल्फाफोल्डने भाकीत केल्याप्रमाणे —१० कोटींहून अधिक प्रजातींमधील २०० दशलक्षाहून अधिक वैयक्तिक प्रथिने. त्यानंतर, नोव्हेंबरमध्ये, टेक कंपनी मेटाने प्रथिने अंदाज तंत्रज्ञानातील प्रगती एका एआय अल्गोरिथमसह प्रदर्शित केली ज्यालाईएसएमफोल्ड. प्रीप्रिंट अभ्यासात ज्याचा अद्याप समवयस्क-पुनरावलोकन केलेला नाही, मेटा संशोधकांनी नोंदवले की त्यांचा नवीन अल्गोरिथम अल्फाफोल्डइतका अचूक नाही परंतु तो जलद आहे. वाढलेल्या गतीमुळे संशोधक फक्त 2 आठवड्यात 600 दशलक्ष रचनांचा अंदाज लावू शकले (bioRxiv 2022, DOI:१०.११०१/२०२२.०७.२०.५००९०२).

वॉशिंग्टन विद्यापीठ (UW) स्कूल ऑफ मेडिसिनमधील जीवशास्त्रज्ञ मदत करत आहेतनिसर्गाच्या साच्यापलीकडे संगणकांच्या जैवरासायनिक क्षमतांचा विस्तार करा.मशीनना सुरवातीपासूनच बेस्पोक प्रथिने प्रस्तावित करण्यास शिकवून. UW चे डेव्हिड बेकर आणि त्यांच्या टीमने एक नवीन AI टूल तयार केले आहे जे साध्या प्रॉम्प्टवर पुनरावृत्ती सुधारणा करून किंवा विद्यमान संरचनेच्या निवडक भागांमधील अंतर भरून प्रथिने डिझाइन करू शकते (विज्ञान२०२२, डीओआय:१०.११२६/सायन्स.एबीएन२१००). टीमने प्रोटीनएमपीएनएन नावाचा एक नवीन प्रोग्राम देखील सुरू केला, जो अनेक प्रोटीन सबयुनिट्सच्या डिझाइन केलेल्या 3D आकार आणि असेंब्लीपासून सुरू होऊ शकतो आणि नंतर त्यांना कार्यक्षमतेने तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेले अमीनो आम्ल अनुक्रम निश्चित करू शकतो (विज्ञान२०२२, डीओआय:१०.११२६/सायन्स.अ‍ॅड२१८७;१०.११२६/विज्ञान.अ‍ॅड१९६४). हे जैवरासायनिकदृष्ट्या जाणकार अल्गोरिदम शास्त्रज्ञांना नवीन बायोमटेरियल आणि औषधांमध्ये वापरल्या जाऊ शकणाऱ्या कृत्रिम प्रथिनांसाठी ब्लूप्रिंट तयार करण्यास मदत करू शकतात.

क्रेडिट: इयान सी. हेडन/यूडब्ल्यू इन्स्टिट्यूट फॉर प्रोटीन डिझाइन

मशीन लर्निंग अल्गोरिदम शास्त्रज्ञांना विशिष्ट कार्ये लक्षात घेऊन नवीन प्रथिने स्वप्न पाहण्यास मदत करत आहेत.

संगणकीय रसायनशास्त्रज्ञांच्या महत्त्वाकांक्षा वाढत असताना, आण्विक जगाचे अनुकरण करण्यासाठी वापरले जाणारे संगणक देखील वाढत जातात. ओक रिज नॅशनल लॅबोरेटरी (ORNL) मध्ये, रसायनशास्त्रज्ञांना आतापर्यंत बनवलेल्या सर्वात शक्तिशाली सुपरकॉम्प्युटरपैकी एकाची पहिली झलक मिळाली.ओआरएनएलचा एक्सास्केल सुपर कॉम्प्युटर, फ्रंटियर, प्रति सेकंद १ क्विंटिलियन पेक्षा जास्त फ्लोटिंग ऑपरेशन्स मोजणाऱ्या पहिल्या मशीन्सपैकी एक आहे, जो संगणकीय अंकगणिताचा एक घटक आहे. हा संगणकीय वेग जपानमधील सुपरकॉम्प्युटर फुगाकूपेक्षा सुमारे तिप्पट वेगवान आहे. पुढील वर्षी, आणखी दोन राष्ट्रीय प्रयोगशाळा अमेरिकेत एक्सास्केल संगणक सादर करण्याची योजना आखत आहेत. या अत्याधुनिक मशीन्सची मोठी संगणकीय शक्ती रसायनशास्त्रज्ञांना आणखी मोठ्या आण्विक प्रणालींचे आणि जास्त वेळेच्या प्रमाणात अनुकरण करण्यास अनुमती देईल. त्या मॉडेल्समधून गोळा केलेला डेटा संशोधकांना फ्लास्कमधील प्रतिक्रिया आणि त्यांचे मॉडेलिंग करण्यासाठी वापरल्या जाणाऱ्या व्हर्च्युअल सिम्युलेशनमधील अंतर कमी करून रसायनशास्त्रात काय शक्य आहे याची सीमा पुढे ढकलण्यास मदत करू शकतो. "आम्ही अशा टप्प्यावर आहोत जिथे आपण खरोखर प्रश्न विचारू शकतो की आपल्या सैद्धांतिक पद्धतींमध्ये किंवा मॉडेल्समध्ये असे काय गहाळ आहे जे आपल्याला प्रयोग आपल्याला जे खरे सांगत आहे त्याच्या जवळ घेऊन जाईल," आयोवा स्टेट युनिव्हर्सिटीमधील संगणकीय रसायनशास्त्रज्ञ आणि एक्सास्केल संगणकीय प्रकल्पाच्या प्रकल्प प्रमुख थेरेसा विंडस यांनी सप्टेंबरमध्ये सी अँड ईएनला सांगितले. एक्सास्केल संगणकांवर चालणारे सिम्युलेशन रसायनशास्त्रज्ञांना नवीन इंधन स्रोत शोधण्यास आणि नवीन हवामान-प्रतिरोधक साहित्य डिझाइन करण्यास मदत करू शकतात.

देशभरात, कॅलिफोर्नियातील मेनलो पार्कमध्ये, SLAC राष्ट्रीय प्रवेगक प्रयोगशाळा स्थापित करत आहेलिनॅक कोहेरंट लाइट सोर्स (LCLS) मध्ये सुपरकूल अपग्रेडज्यामुळे रसायनशास्त्रज्ञांना अणू आणि इलेक्ट्रॉनच्या अतिजलद जगात खोलवर डोकावता येईल. ही सुविधा ३ किमी रेषीय प्रवेगकावर बांधली गेली आहे, ज्याचे काही भाग द्रव हेलियमने २ के पर्यंत थंड केले जातात, ज्यामुळे एक्स-रे फ्री-इलेक्ट्रॉन लेसर (XFEL) नावाचा एक प्रकारचा सुपरब्राइट, सुपरफास्ट प्रकाश स्रोत तयार होतो. रसायनशास्त्रज्ञांनी उपकरणांच्या शक्तिशाली स्पंदनांचा वापर आण्विक चित्रपट बनवण्यासाठी केला आहे ज्यामुळे त्यांना रासायनिक बंध तयार होणे आणि प्रकाशसंश्लेषण करणारे एंजाइम काम करत आहेत यासारख्या असंख्य प्रक्रिया पाहण्यास सक्षम केले आहे. "फेमटोसेकंद फ्लॅशमध्ये, तुम्ही अणू स्थिर उभे असल्याचे पाहू शकता, एकल अणुबंध तुटताना," स्टॅनफोर्ड विद्यापीठ आणि SLAC येथे संयुक्त नियुक्ती असलेल्या पदार्थ शास्त्रज्ञ लिओरा ड्रेसेलहॉस-माराईस यांनी जुलैमध्ये C&EN ला सांगितले. LCLS मधील अपग्रेडमुळे शास्त्रज्ञांना पुढील वर्षाच्या सुरुवातीला नवीन क्षमता उपलब्ध झाल्यावर एक्स-रेच्या उर्जेचे अधिक चांगले ट्यूनिंग करण्याची परवानगी मिळेल.

क्रेडिट: SLAC नॅशनल अ‍ॅक्सिलरेटर लॅबोरेटरी

SLAC नॅशनल अ‍ॅक्सिलरेटर लॅबोरेटरीचा एक्स-रे लेसर कॅलिफोर्नियातील मेनलो पार्कमधील ३ किमी रेषीय अ‍ॅक्सिलरेटरवर बांधला आहे.

या वर्षी, शास्त्रज्ञांनी हे देखील पाहिले की बहुप्रतिक्षित जेम्स वेब स्पेस टेलिस्कोप (JWST) हे उघड करण्यासाठी किती शक्तिशाली असू शकतेआपल्या विश्वाची रासायनिक गुंतागुंत. नासा आणि त्यांचे भागीदार - युरोपियन स्पेस एजन्सी, कॅनेडियन स्पेस एजन्सी आणि स्पेस टेलिस्कोप सायन्स इन्स्टिट्यूट - यांनी आधीच तारकीय तेजोमेघांच्या चमकदार पोर्ट्रेटपासून ते प्राचीन आकाशगंगांच्या मूलभूत बोटांच्या ठशांपर्यंत डझनभर प्रतिमा प्रकाशित केल्या आहेत. १० अब्ज डॉलर्सच्या या इन्फ्रारेड टेलिस्कोपमध्ये आपल्या विश्वाचा सखोल इतिहास एक्सप्लोर करण्यासाठी डिझाइन केलेल्या वैज्ञानिक उपकरणांचा संच आहे. दशकांपासून तयार होत असलेल्या, JWST ने ४.६ अब्ज वर्षांपूर्वी दिसणाऱ्या एका चक्राकार आकाशगंगेची प्रतिमा काढून त्याच्या अभियंत्यांच्या अपेक्षांपेक्षा जास्त कामगिरी केली आहे, ज्यामध्ये ऑक्सिजन, निऑन आणि इतर अणूंच्या वर्णपटीय स्वाक्षऱ्यांचा समावेश आहे. शास्त्रज्ञांनी एका बाह्यग्रहावरील वाफेच्या ढगांचे आणि धुक्याचे स्वाक्षरे देखील मोजले, ज्यामुळे खगोलशास्त्रज्ञांना पृथ्वीच्या पलीकडे संभाव्य राहण्यायोग्य जग शोधण्यास मदत होऊ शकेल असा डेटा प्रदान केला.