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未来纳米材料:进化与计算的结晶

发布时间:2018-07-09  来源:悠悠千古事 点击次数:

纳米

  最近,哥伦比亚大学化学工程系与布鲁克海文国家实验室(BNL)科学家合作,开发出一种新的设计方 法:把带有单链DNA(ssDNA)接头的胶体通过互补碱基对的结合,自行拼接组装在一起,这种DNA杂交 会形成有序的胶体晶体,以此可以得到想要的纳米结构材料。

将设计框架反过来

  将设计框架反过来

  “DNA拼接纳米粒子的设计很有挑战性,因为许多实验参数在自组装中起着关键作用。”哥伦比亚大学 温卡特·温卡塔萨布拉曼尼亚教授说,“参数空间会变得很大,有很多局部极小值限制,要用尝试法找 到参数空间是非常困难的。”遗传算法(GA)则是逆向设计框架,模仿了自然选择的过程,能更系统地 搜寻参数空间,使设计过程更有效率。

将设计框架反过来

  另一挑战是可靠的推演模型。研究人员从模拟时间、DNA属性、斥力作用和熵限制等多方面考虑,选择 了更简单的互补接触模型(CCM),并在模型中加入了新参数,如熵贡献和斥力作用,以使它更完善适 用。“CCM在捕捉实验观察主体方面非常成功,能很快算出有效的GA耦合,并在几分钟内对所要求的设 计参数做出预测。”温卡塔萨布拉曼尼亚说,“胶体大小比例、每个纳米粒子中的DNA接头的数量、想 要的晶体结构等,让设计问题变得极为复杂。这些问题很难通过传统途径,如尝试、启发、数学规划等 方法来解决。”

 
 
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