​Российские ученые разработали программу, которая позволяет моделировать процессы на поверхностях твердых тел, такие как поглощение одним веществом другого и самосборка молекулярных слоев. Этот программный комплекс позволит ускорить разработку новых материалов для разных сфер деятельности, например электроники, медицины и защиты окружающей среды. Исследование поддержано Президентской программой Российского научного фонда (РНФ).

Одним из перспективных современных направлений в науке о материалах стала самосборка молекулярных монослоев. Этот процесс представляет собой формирование упорядоченной структуры за счет взаимодействия между частицами на поверхности. В результате образуется структура толщиной всего в одну молекулу. Этот процесс перспективен для промышленного производства наноразмерных устройств и новых материалов с атомарной точностью.

Молекулы могут формировать на поверхности бесконечное число упорядоченных структур. Поэтому поиск монослоя с нужными свойствами — крайне трудоемкая задача. С подобными трудностями сталкивается индустрия производства лекарств: создание нового препарата требует поиска среди бесконечного пространства возможных химических соединений.

Компьютерное моделирование радикально ускоряет такой поиск. Виртуальный скрининг уже давно стал неотъемлемой частью создания новых лекарств. Сегодня же активно развивается вычислительная наука о материалах, в которой российские ученые занимают лидирующее положение.

Исследователи из Омского государственного технического университета представили набор компьютерных инструментов, предназначенных для моделирования самосборки молекулярных монослоев на поверхностях твердых тел. Он получил название SuSMoST. Эта программа позволяет предсказывать и объяснять структуру и термодинамические свойства адсорбционных слоев — плотность, теплоемкость, устойчивость. Программа находится в свободном доступе. Для моделирования используется комплекс разнообразных методов. В их числе широко известный метод Монте-Карло, основанный на случайных числах, и некоторые методы, основанные на тензорных сетях. Последние являются инструментом современной математики, также применяющимся в системах искусственного интеллекта.

SuSMoST автоматически строит модели на основе описания адсорбционных комплексов — отдельных молекул, связанных с поверхностью. Инструмент также помогает вычислять взаимодействия между частицами методами квантовой химии. SuSMoST генерирует образцы адсорбционных слоев и вычисляет их термодинамические характеристики. С помощью этих данных можно, например, оценивать устойчивость к температуре той или иной самособирающейся структуры.

Набор структур, которые могут формироваться смесью атомов металлов и органических молекул на поверхности инертного металла, например, золота 

Набор структур, которые могут формироваться смесью атомов металлов и органических молекул на поверхности инертного металла, например, золота

 

«Программный комплекс SuSMoST и методика исследований с его помощью позволят ускорить разработку новых материалов и функциональных поверхностей для широчайшего спектра практических задач: катализ, химические сенсоры, защита окружающей среды, электроника, медицина и многое другое. Это действительно мощный инструмент, который при этом легок в применении благодаря использованию короткого и простого кода Python. Мы надеемся, что SuSMoST станет повседневным инструментом как в экспериментальной, так и в вычислительной науке»,— прокомментировал Павел Стишенко, руководитель проекта по гранту РНФ, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник кафедры «Химия и химическая технология» Омского государственного технического университета.

SuSMoST: Surface Science Modeling and Simulation Toolkit / Sergey S. Akimenko, Galina D. Anisimova, Anastasiya I. Fadeeva, Vasiliy F. Fefelov, Vitaliy A. Gorbunov, Tatyana R. Kayumova, Alexander V. Myshlyavtsev, Marta D. Myshlyavtseva, Pavel V. Stishenko // Journal of Computational Chemistry, сентябрь 2020 г.

Источники

SuSMoST - мощный молекулярный инструмент
Коммерсантъ (kommersant.ru/nauka), 17/09/2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Российский научный фонд (rscf.ru), 17/09/2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Российский научный фонд (рнф.рф), 18/09/2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Газета.Ru, 18/09/2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Индикатор (indicator.ru), 19/09/2020
Создан программный комплекс для моделирования самосборки молекулярных слоев
Nanonewsnet.ru, 22/09/2020
Омские ученые создали программу, которая ускорит создание новых лекарств
РИА ОмскИнформ (omskinform.ru), 24/09/2020
Омские ученые создали программу, которая ускорит создание новых лекарств
Seldon.News (news.myseldon.com), 24/09/2020
Ученые из Омска создали программу для самосборки молекулярных монослоев
РИА Сибирь (ria-sibir.ru), 25/09/2020

Похожие новости

  • 08/06/2020

    «Полуторный оксид» германия увеличит энергоемкость литий-ионных батарей

    Сотрудники Института органической химии имени Н. Д. Зелинского РАН совместно с коллегами из Института химических исследований Ренна, Сколковского института науки и технологий, Института проблем химической физики РАН, Омского государственного технического университета и Российского химико-технологического университета имени Д.
    660
  • 07/05/2019

    Василий ФЕФЕЛОВ: наука не может существовать без влияния на социально-экономическое развитие

    Современная наука представляет собой весьма разветвленную структуру. Еще 200 лет назад не было и половины существующих сегодня направлений физики, химии, математики, в частности, статистической физики.
    714
  • 26/04/2018

    Павел Стишенко: ученые едут туда, где есть возможность развиваться и работать

    ​15-миллионный грант на три года получила научная группа ОмГТУ, ученые которой доказали, что при ненулевых температурах молекулы на поверхностях могут создавать  узоры из повторяющихся треугольников, и разработали программу, которая рассчитывает создание различных автоматически собирающихся систем.
    1059
  • 25/04/2018

    Сотрудники ОмГТУ исследовали поведение двухкомпонентной газовой смеси при ее осаждении

    ​Сотрудники Омского государственного технического университета (ОмГТУ) построили решеточную модель и исследовали поведение двухкомпонентной газовой смеси при ее осаждении на поверхность твердого тела. Полученные данные иллюстрируют практически все возможные варианты взаимодействия молекул на плоскости и могут быть полезны для истолкования результатов специалистов в самых разных областях химической науки.
    921
  • 06/10/2017

    Генеральный директор РНФ Александр Хлунов принял участие в международной конференции ИЮПАК и встретился с грантополучателями

    2 октября генеральный директор Российского научного фонда Александр Хлунов выступил на открытии 7-ой Международной конференции ИЮПАК по зеленой химии, которая  в 2017 году проходит на базе РХТУ имени Д.
    1643
  • 11/04/2017

    IV Конференция «Боресковские чтения»

    IV Конференция «Боресковские чтения» проводится в год 110-летия со дня рождения академика Георгия Константиновича Борескова в Новосибирском Академгородке с 19 по 21 апреля 2017 г. Научная программа конференции включает пленарные и ключевые лекции приглашенных российских и зарубежных лекторов, а также устные и стендовые доклады.
    3495
  • 16/04/2019

    Александр Кабанов: «Именно репутационные аспекты будут определять будущее научных журналов»

    Какое будущее ждет научные журналы, почему российским ученым нужно публиковаться в отечественных журналах и почему качество важнее количества, рассказал в интервью корреспонденту Indicator.Ru российский и американский химик Александр Кабанов.
    1128
  • 15/06/2017

    Анастасия Шрайнер: мы сами собрали установку по экстракции бетулина

    ​В марте 2017 года огласили итоги конкурса «У.М.Н.И.К. 2016» (участник молодежного научно-инновационного конкурса) Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере.  Эксперты отметили 12 проектов молодых омских ученых, которые получат финансирование в размере 500 тысяч рублей.
    1845
  • 20/02/2020

    Евгений Булучевский: одно дело - маленький провинциальный институт и совсем другое - часть федерального исследовательского центра

     В сентябре 2019 года ученые Центра новых химических технологий ФИЦ «Институт катализа им. Г.К. Борескова» СО РАН зарегистрировали патент на катализатор, способ его приготовления и способ одностадийной переработки возобновляемого растительного сырья для получения экологически чистых компонентов моторных топлив.
    655
  • 15/04/2019

    Новосибирские ученые исследуют управление атомами наночастиц для улучшения производства полиэтилена

    ​Ученые Института катализа Сибирского отделения Российской академии наук (РАН) в рамках гранта РНФ (Российский научный фонд) изучат управление атомами наночастиц, что позволит улучшить промышленную технологию получения крупнотоннажных полимеров, в том числе полистирола и полиэтилена, сообщил ТАСС заведующий лабораторией перспективных синхротронных методов исследования Института катализа СО РАН Ян Зубавичус.
    1652