Sử dụng phương pháp tiếp cận dựa trên dữ liệu, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra "sự tự do trong thiết kế" trong các cấu trúc phân tử xuất phát từ mối tương quan yếu trong các đặc tính cơ học lượng tử. Khám phá này, kết hợp với học máy, có thể cách mạng hóa thiết kế phân tử và khám phá thuốc.

Mô tả bằng đồ họa về quy trình thiết kế phân tử hợp lý, bao gồm việc tìm kiếm "kim đáy bể" để tìm kiếm các phân tử có đặc tính mong muốn. Nguồn hình ảnh: Leonardo Medrano Sandonas, Đại học Luxembourg; hình nền do rawpixel.com cung cấp trên Freepik

Việc sử dụng các phương pháp dựa trên dữ liệu để khám phá không gian rộng lớn của các phân tử và vật liệu đã truyền cảm hứng cho vô số cộng đồng học thuật và công nghiệp tìm kiếm các mối quan hệ cơ bản tồn tại giữa các đặc điểm cấu trúc phân tử và tính chất hóa lý của chúng. Mặc dù đã đạt được tiến bộ đáng kể trong lĩnh vực này, nhưng vẫn còn thiếu sự hiểu biết toàn diện về các mối quan hệ phức tạp này, ngay cả trong lĩnh vực hóa học và các chất hóa học dễ quản lý hơn, các phân tử nhỏ, mặc dù tầm quan trọng đặc biệt và mức độ liên quan cao của các phân tử này trong toàn bộ ngành hóa học và khoa học dược phẩm.

Alexandre Tkatchenko, Giáo sư Vật lý Hóa học Lý thuyết tại Khoa Vật lý và Khoa học Vật liệu tại Đại học Luxembourg, cho biết: "Việc tiết lộ mối quan hệ phức tạp giữa cấu trúc và tính chất phân tử không chỉ cung cấp cho chúng ta khả năng khám phá và mô tả đặc điểm của các phân tử. Các công cụ cần thiết trong không gian cũng có thể cải thiện đáng kể khả năng của chúng ta trong việc thiết kế hợp lý các phân tử với một loạt các đặc tính hóa lý mục tiêu. "

Mối tương quan yếu mang lại" tự do thiết kế

Trong bài báo có tiêu đề "'Tự do thiết kế' trong không gian của các hợp chất hóa học: Hướng tới sự hợp lý trong thiết kế silico của các phân tử với các đặc tính cơ học lượng tử mục tiêu" được công bố trên tạp chí uy tín Khoa học hóa học, một phát hiện quan trọng là rằng hầu hết các tính chất cơ học lượng tử của các phân tử nhỏ chỉ có mối tương quan yếu. đặc tính."

T AGPH67Tìm con đường tối ưu trong không gian hóa học

Quy trình thiết kế phân tử thường liên quan đến việc tối ưu hóa đồng thời nhiều đặc tính hóa lý, để khám phá tính linh hoạt vốn có này sẽ biểu hiện như thế nào trong quá trình thiết kế phân tử, các tác giả đã sử dụng tối ưu hóa đa đặc tính Pareto để tìm ra Các phân tử có cả độ phân cực cao phân tử và khoảng cách điện tử, một nhiệm vụ thiết kế liên quan đến việc xác định các phân tử mới cho pin polymer. Các tác giả đã tìm thấy một số con đường bất ngờ thông qua không gian hóa học kết nối các phân tử thông qua các thay đổi về cấu trúc và/hoặc thành phần, phản ánh quyền tự do thiết kế và khám phá các phân tử một cách hợp lý với các giá trị thuộc tính mục tiêu. khuôn khổ đa mục tiêu đáng tin cậy để Điều hướng có hệ thống không gian hóa học chưa được khám phá cho đến nay "

Tác động lên các mô hình thiết kế phân tử

"Bằng cách chứng minh rằng 'tự do thiết kế' là một thuộc tính cơ bản và mới nổi của CCS, công trình của chúng tôi có một loạt ý nghĩa quan trọng đối với các lĩnh vực thiết kế phân tử hợp lý và khám phá thuốc tính toán. Đầu tiên, chúng tôi hy vọng rằng công trình này sẽ thách thức cộng đồng khoa học hóa học xem xét tính linh hoạt vốn có này có thể được sử dụng như thế nào để mở rộng mô hình thống trị trong các quy trình thiết kế phân tử tiến tới." Tiến sĩ Leonardo Medrano Sandonas, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ thuộc Nhóm Vật lý hóa học lý thuyết của Đại học Luxembourg “Chúng tôi cũng hy vọng rằng công trình này sẽ đạt được tiến bộ đáng kể trong việc giải quyết vấn đề thiết kế phân tử nghịch đảo, trong đó người ta cố gắng tìm một phân tử (hoặc tập hợp các phân tử) tương ứng với một tập hợp các thuộc tính mục tiêu,” Tiến sĩ giải thích. hướng nghiên cứu của nhóm nghiên cứu của Giáo sư Tekatechenko.