由于新的計(jì)算模型的發(fā)展，博士后研究員米格爾卡羅正在與阿爾托大學(xué)的研究人員合作定制碳表面。他們正與劍橋大學(xué)的加博爾恰尼教授和沃爾克德林格博士合作。
阿爾托大學(xué)的Tomilau Rilla教授解釋說(shuō)：“這是我們第一次能夠識(shí)別碳表面的化學(xué)特征，并更好地理解我們?nèi)绾螢樘囟康臏?zhǔn)備它們。
定制碳表面的潛在應(yīng)用非常廣泛，包括保護(hù)涂層、汽車(chē)零件、生物醫(yī)學(xué)涂層和生物傳感器。然而，要實(shí)現(xiàn)這些發(fā)展，仍然需要詳細(xì)的原子級(jí)知識(shí)來(lái)了解碳表面的結(jié)構(gòu)以及如何對(duì)其進(jìn)行修飾。
無(wú)定形碳(也稱(chēng)為類(lèi)金剛石碳)中每個(gè)原子的局部環(huán)境略有不同。這意味著相鄰原子的數(shù)量，以及它們之間的距離和角度將是不同的，這給定制這些表面的搜索帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。
新的計(jì)算模型最終使研究人員能夠識(shí)別各種局部原子環(huán)境，并根據(jù)它們的特征對(duì)它們進(jìn)行分類(lèi)。研究小組還計(jì)算了不同程度的強(qiáng)度，不同的基團(tuán)——?dú)?、?羥基)和氧——會(huì)附著在表面位置。有些債券自然比其他債券好。因?yàn)殛P(guān)于表面結(jié)構(gòu)的新信息可以被結(jié)合到“再訓(xùn)練”中，并且模型可以被改進(jìn)，所以基于先前的結(jié)果預(yù)測(cè)仍然未知的表面屬性是可能的。
通過(guò)計(jì)算，我們現(xiàn)在不僅可以在原子水平上探索物質(zhì)表面的外觀，還可以在分析中看到它們?nèi)绾闻c其他物質(zhì)相互作用，并知道由于這種相互作用在這些表面上形成的化學(xué)基團(tuán)的類(lèi)型。Laurila解釋說(shuō)，我們?nèi)栽谘芯啃枰裁礃拥谋砻鎭?lái)優(yōu)化與我們想要檢測(cè)的分子(如過(guò)氧化氫)的相互作用。
換句話說(shuō)，這些基于密度泛函理論和機(jī)器學(xué)習(xí)的模擬模型告訴我們可以開(kāi)發(fā)什么類(lèi)型的結(jié)構(gòu)——以及如何針對(duì)特定應(yīng)用優(yōu)化這些結(jié)構(gòu)。
“未來(lái)，我們將能夠生產(chǎn)定制的碳表面，例如用于醫(yī)療傳感器的碳表面，可用于實(shí)時(shí)監(jiān)控患者血液中特定藥物的濃度。追蹤患者特異性生物標(biāo)志物的變化可能是改進(jìn)目前使用的治療方法的關(guān)鍵，或者幫助我們比以前更早地識(shí)別許多常見(jiàn)疾病爆發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，”Laurila說(shuō)。
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