2022 में विशाल उपकरणों ने बड़े पैमाने पर रसायन विज्ञान को आगे बढ़ाया।
विशाल डेटा सेट और बड़े-बड़े उपकरणों ने वैज्ञानिकों को इस वर्ष बड़े पैमाने पर रसायन विज्ञान के अध्ययन में मदद की।
द्वाराएरियाना रेमेल
साभार: ओआरएनएल में ओक रिज लीडरशिप कंप्यूटिंग फैसिलिटी
ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में स्थित फ्रंटियर सुपरकंप्यूटर नई पीढ़ी की मशीनों में से पहली मशीन है जो रसायनशास्त्रियों को पहले से कहीं अधिक जटिल आणविक सिमुलेशन करने में मदद करेगी।
वैज्ञानिकों ने 2022 में अत्याधुनिक उपकरणों की मदद से बड़ी खोजें कीं। रासायनिक रूप से सक्षम कृत्रिम बुद्धिमत्ता के हालिया रुझान को आगे बढ़ाते हुए, शोधकर्ताओं ने अभूतपूर्व पैमाने पर प्रोटीन संरचनाओं की भविष्यवाणी करने के लिए कंप्यूटरों को प्रशिक्षित करने में महत्वपूर्ण प्रगति की। जुलाई में, अल्फाबेट के स्वामित्व वाली कंपनी डीपमाइंड ने प्रोटीन संरचनाओं से युक्त एक डेटाबेस प्रकाशित किया।लगभग सभी ज्ञात प्रोटीनमशीन लर्निंग एल्गोरिदम अल्फाफोल्ड द्वारा अनुमानित 100 मिलियन से अधिक प्रजातियों से 200 मिलियन से अधिक व्यक्तिगत प्रोटीन। फिर, नवंबर में, तकनीकी कंपनी मेटा ने एक एआई एल्गोरिदम के साथ प्रोटीन भविष्यवाणी तकनीक में अपनी प्रगति का प्रदर्शन किया।ईएसएमएफोल्डअभी तक पीयर-रिव्यू न किए गए एक प्रीप्रिंट अध्ययन में, मेटा के शोधकर्ताओं ने बताया कि उनका नया एल्गोरिदम अल्फाफोल्ड जितना सटीक नहीं है, लेकिन तेज़ है। बढ़ी हुई गति का मतलब यह था कि शोधकर्ता केवल 2 हफ्तों में 600 मिलियन संरचनाओं की भविष्यवाणी कर सकते थे (bioRxiv 2022, DOI:10.1101/2022.07.20.500902).
वाशिंगटन विश्वविद्यालय (यूडब्ल्यू) स्कूल ऑफ मेडिसिन के जीवविज्ञानी मदद कर रहे हैंकंप्यूटरों की जैवरासायनिक क्षमताओं को प्रकृति के निर्धारित ढांचे से परे विस्तारित करना।मशीनों को शुरू से ही विशिष्ट प्रोटीन प्रस्तावित करने का प्रशिक्षण देकर। यूडब्ल्यू के डेविड बेकर और उनकी टीम ने एक नया एआई उपकरण बनाया है जो सरल संकेतों में बार-बार सुधार करके या मौजूदा संरचना के चयनित भागों के बीच के अंतराल को भरकर प्रोटीन डिजाइन कर सकता है।विज्ञान2022, डीओआई:10.1126/science.abn2100टीम ने प्रोटीनएमपीएनएन नामक एक नए प्रोग्राम का भी अनावरण किया, जो कई प्रोटीन उप-इकाइयों के डिजाइन किए गए 3डी आकार और संयोजनों से शुरू होकर, उन्हें कुशलतापूर्वक बनाने के लिए आवश्यक अमीनो एसिड अनुक्रमों का निर्धारण कर सकता है।विज्ञान2022, डीओआई:10.1126/science.add2187;10.1126/science.add1964ये जैव रासायनिक रूप से सक्षम एल्गोरिदम वैज्ञानिकों को कृत्रिम प्रोटीन के खाके तैयार करने में मदद कर सकते हैं जिनका उपयोग नए जैव पदार्थों और फार्मास्यूटिकल्स में किया जा सकता है।
साभार: इयान सी. हेडन/यूडब्ल्यू इंस्टीट्यूट फॉर प्रोटीन डिजाइन
मशीन लर्निंग एल्गोरिदम वैज्ञानिकों को विशिष्ट कार्यों को ध्यान में रखते हुए नए प्रोटीन बनाने में मदद कर रहे हैं।
जैसे-जैसे कम्प्यूटेशनल रसायनशास्त्रियों की महत्वाकांक्षाएं बढ़ती हैं, वैसे ही आणविक जगत का अनुकरण करने के लिए उपयोग किए जाने वाले कंप्यूटर भी उन्नत होते जाते हैं। ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी (ओआरएनएल) में, रसायनशास्त्रियों को अब तक निर्मित सबसे शक्तिशाली सुपरकंप्यूटरों में से एक की पहली झलक मिली।ORNL का एक्सस्केल सुपरकंप्यूटर, फ्रंटियरएक्सस्केल कंप्यूटिंग कंप्यूटर, प्रति सेकंड 1 क्विंटिलियन से अधिक फ्लोटिंग ऑपरेशन (गणित की एक इकाई) की गणना करने वाली पहली मशीनों में से एक है। यह कंप्यूटिंग गति जापान के सुपरकंप्यूटर फुगाकू से लगभग तीन गुना अधिक है, जो इस क्षेत्र में अग्रणी है। अगले वर्ष, दो और राष्ट्रीय प्रयोगशालाएं अमेरिका में एक्सस्केल कंप्यूटर लॉन्च करने की योजना बना रही हैं। इन अत्याधुनिक मशीनों की असाधारण कंप्यूटर शक्ति रसायनशास्त्रियों को और भी बड़े आणविक तंत्रों का लंबे समय तक अनुकरण करने में सक्षम बनाएगी। इन मॉडलों से एकत्रित डेटा शोधकर्ताओं को रसायन विज्ञान में संभावनाओं की सीमाओं को आगे बढ़ाने में मदद कर सकता है, जिससे फ्लास्क में होने वाली प्रतिक्रियाओं और उन्हें मॉडल करने के लिए उपयोग किए जाने वाले आभासी सिमुलेशन के बीच का अंतर कम हो जाएगा। आयोवा स्टेट यूनिवर्सिटी में कम्प्यूटेशनल रसायनज्ञ और एक्सस्केल कंप्यूटिंग प्रोजेक्ट की प्रमुख थेरेसा विंडस ने सितंबर में C&EN को बताया, "हम एक ऐसे बिंदु पर हैं जहां हम वास्तव में यह सवाल पूछना शुरू कर सकते हैं कि हमारी सैद्धांतिक विधियों या मॉडलों में क्या कमी है जो हमें उस चीज़ के करीब ला सकती है जो एक प्रयोग हमें वास्तविक बता रहा है।" एक्सस्केल कंप्यूटरों पर चलाए जाने वाले सिमुलेशन रसायनशास्त्रियों को नए ईंधन स्रोतों का आविष्कार करने और जलवायु-प्रतिरोधी नई सामग्रियों को डिजाइन करने में मदद कर सकते हैं।
पूरे देश में, कैलिफोर्निया के मेनलो पार्क में, एसएलएसी नेशनल एक्सेलेरेटर लेबोरेटरी में एक नई प्रणाली स्थापित की जा रही है।लिनैक कोहेरेंट लाइट सोर्स (एलसीएलएस) में किए गए शानदार अपग्रेडइससे रसायनशास्त्रियों को परमाणुओं और इलेक्ट्रॉनों की अति-तीव्र दुनिया में गहराई से झाँकने का अवसर मिलेगा। यह सुविधा 3 किमी लंबे रैखिक त्वरक पर निर्मित है, जिसके कुछ हिस्सों को तरल हीलियम से 2 केलायु तापमान तक ठंडा किया जाता है, ताकि एक प्रकार का अत्यंत चमकीला, अति-तीव्र प्रकाश स्रोत उत्पन्न किया जा सके जिसे एक्स-रे मुक्त-इलेक्ट्रॉन लेजर (XFEL) कहा जाता है। रसायनशास्त्रियों ने इस उपकरण के शक्तिशाली स्पंदों का उपयोग करके आणविक फिल्में बनाई हैं, जिससे वे रासायनिक बंधों के निर्माण और प्रकाश संश्लेषक एंजाइमों की क्रिया जैसी असंख्य प्रक्रियाओं को देख पाए हैं। स्टैनफोर्ड विश्वविद्यालय और SLAC में संयुक्त रूप से कार्यरत पदार्थ वैज्ञानिक लियोरा ड्रेसेलहॉस-माराईस ने जुलाई में C&EN को बताया, "एक फेम्टोसेकंड की चमक में, आप परमाणुओं को स्थिर खड़े देख सकते हैं, एकल परमाणु बंधों को टूटते हुए देख सकते हैं।" LCLS में किए गए उन्नयन से वैज्ञानिकों को अगले वर्ष की शुरुआत में नई क्षमताएं उपलब्ध होने पर एक्स-रे की ऊर्जाओं को बेहतर ढंग से समायोजित करने में भी मदद मिलेगी।
साभार: एसएलएसी राष्ट्रीय त्वरक प्रयोगशाला
एसएलएसी नेशनल एक्सेलेरेटर लेबोरेटरी का एक्स-रे लेजर कैलिफोर्निया के मेनलो पार्क में स्थित 3 किमी लंबे लीनियर एक्सेलेरेटर पर बनाया गया है।
इस वर्ष वैज्ञानिकों ने यह भी देखा कि बहुप्रतीक्षित जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप (जेडब्ल्यूएसटी) किस प्रकार से कई रहस्यों को उजागर करने में सक्षम हो सकता है।हमारे ब्रह्मांड की रासायनिक जटिलतानासा और उसके सहयोगी संस्थान—यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी, कनाडाई अंतरिक्ष एजेंसी और अंतरिक्ष दूरबीन विज्ञान संस्थान—पहले ही दर्जनों तस्वीरें जारी कर चुके हैं, जिनमें तारकीय नीहारिकाओं के शानदार चित्रों से लेकर प्राचीन आकाशगंगाओं के मौलिक चिह्नों तक शामिल हैं। 10 अरब डॉलर की लागत वाली यह अवरक्त दूरबीन हमारे ब्रह्मांड के गहन इतिहास का अध्ययन करने के लिए डिज़ाइन किए गए वैज्ञानिक उपकरणों के समूह से सुसज्जित है। दशकों के निर्माण के बाद, जेडब्ल्यूएसटी ने अपने इंजीनियरों की अपेक्षाओं को पार करते हुए 4.6 अरब वर्ष पूर्व की एक घूमती हुई आकाशगंगा की छवि खींची है, जिसमें ऑक्सीजन, नियॉन और अन्य परमाणुओं के स्पेक्ट्रोस्कोपिक चिह्न स्पष्ट रूप से दिखाई देते हैं। वैज्ञानिकों ने एक बाह्य ग्रह पर भाप से भरे बादलों और धुंध के चिह्नों का भी मापन किया है, जिससे प्राप्त डेटा खगोल जीवविज्ञानियों को पृथ्वी से परे संभावित रूप से रहने योग्य ग्रहों की खोज में मदद कर सकता है।
पोस्ट करने का समय: 7 फरवरी 2023