Si prevedeva che otto composti emettessero fluorescenza mediante un nuovo metodo per la progettazione di molecole. Degli otto, sei sono risultati fluorescenti alla luce ultravioletta (cinque mostrati; C, D, E, F, G), incluso un composto che non era stato precedentemente riportato (non mostrato). Credito:M. Sumita et al. Distribuito con licenza CC BY-4.0
I chimici RIKEN hanno dimostrato un modo efficace per progettare molecole per soddisfare specifiche predefinite utilizzandolo per creare sei composti fluorescenti. Questo metodo, che combina l'apprendimento automatico e la chimica quantistica, promette di far risparmiare molto tempo ai chimici nella produzione e nel test dei composti in laboratorio.
L'approccio convenzionale alla progettazione molecolare consiste nell'iniziare con una molecola che ha proprietà vicine a quelle desiderate e poi cercare di migliorarla attraverso tentativi ed errori. Questo può richiedere molto tempo e perdere tempo, poiché non vi è alcuna garanzia che la molecola finale sia la migliore.
I chimici desiderano da tempo invertire la situazione in modo da iniziare con le proprietà desiderate e quindi cercare in tutte le possibili molecole quella che si adatta al conto. Ma una limitazione è stata che i dati esistono solo per una piccola frazione di tutte le molecole.
Ora, Masato Sumita del RIKEN Center for Advanced Intelligence Project e i suoi collaboratori hanno dimostrato una nuova strategia che rende possibile la ricerca nell'universo delle molecole senza dover creare ogni composto individualmente.
Hanno usato un generatore di molecole de novo, che utilizza l'apprendimento automatico per suggerire una molecola in base alle proprietà desiderate. Un simulatore che esegue calcoli chimici quantistici è stato quindi utilizzato per prevedere le proprietà della molecola. Il ciclo è stato ripetuto fino a un tempo di calcolo specificato.
Per dimostrare la potenza di questo approccio, il team ha utilizzato il proprio metodo per cercare molecole che emettano luce fluorescente a lunghezze d'onda visibili all'occhio umano. Dopo cinque giorni di analisi dei numeri, il computer ha prodotto più di 3.600 molecole candidate. Il team ne ha scelti otto da sintetizzare e ha scoperto che sei erano fluorescenti, incluso un composto che non era mai stato segnalato prima.
"Questa è la prima volta che un generatore di molecole de novo combinato con calcoli di chimica quantistica viene utilizzato per scoprire molecole fluorescenti", afferma Sumita. "Sono rimasto molto sorpreso dall'alto tasso di successo del metodo:il 75% delle otto molecole candidate era fluorescente quando le abbiamo realizzate in laboratorio".
La ricerca di una molecola fluorescente è stata un test rigoroso per il metodo poiché, a differenza di proprietà molecolari più semplici come l'assorbimento della luce, la fluorescenza è un processo a più fasi, il che rende difficile prevedere la struttura molecolare.
Sumita e il suo team hanno pubblicato i loro risultati in Science Advances . Ora intendono applicare il loro metodo ad altre proprietà chimiche e provare a usarlo per ottimizzare più di una proprietà contemporaneamente. + Esplora ulteriormente
