Nye muligheter for kjemiske databeregninger
 |
| Illustrasjonsbilde: Colourbox |
Ikke alle kjemiske eksperimenter bør gjennomføres (eksplosive, etsende, giftige stoffer…) eller er praktisk mulig å gjennomføre i et laboratorium. I mange tilfeller vil reagenser til et laboratorieforsøk koste for mye eller utgjøre for høy sikkerhetsrisiko, forsøkene kan bli for tidkrevende til å gi konkrete svar i løpet av tiden man har til rådighet, eller reaksjonene foregår så raskt at det er vanskelig å fange opp hva som skjer. For ca 40 år siden fant en gruppe forskere ut hvordan databeregninger kunne benyttes for å gi ny kunnskap om hvordan kjemiske stoffer reagerer med hverandre. Martin Karplus, Michael Levitt og Arieh Warshel ble tildelt årets nobelpris i kjemi for nettopp lanseringen av de første dataprogrammene som kunne brukes til å forstå og forutsi kjemiske prosesser.
Finjustering av medisiner
Særlig innen medisinsk forskning har kunnskap om kjemiske stoffer hatt mye å si for utvikling av medisiner - ikke minst kunnskap om hvordan medisiner oppfører seg når de entrer kroppens finjusterte kjemi. Kjemiske modeller kan brukes for å finjustere medikamenter og samtidig redusere bivirkninger. Også innen nanoteknologi er datamodeller et nyttig verktøy. For eksempel: I utbedring av overflateegenskaper til tekstiler eller metaller vil testing med bruk av kjemiske datamodeller kunne bidra til smartere produkter for fremtiden.
Datamaskiner simulerer kjemiske prosesser
Atomer og bindinger mellom atomer er underlagt et sett med universelle egenskaper. Noen atomer liker hverandre og vil gjerne koble seg sammen, mens andre ikke vil kunne knyttes sammen. Styrken i tiltrekning og styrke i avvisning vil kunne beskrives med matematiske modeller. Dette gjør at egenskaper til f.eks. store komplekse molekyler kan beskrives, og jo mer nøyaktig modellen blir, desto bedre kan molekylære egenskaper og atomers påvirkning på hverandre beskrives. Mye har skjedd siden de første modellene ble presentert og tatt i bruk. Både datamaskiner og programvare har vært gjennom en voldsom utvikling, og man kan nå simulere kompliserte kjemiske situasjoner med stadig større nøyaktighet . Ved UiT ble NT-fakultetets første Senter for fremragende forskning gitt nettopp til kjemikerne som jobber med utvikling av nye og forbedrede datamodeller; CTCC (Centre for Theoretical and Computational Chemistry).
 |
| Kjemiske modeller kan brukes for å finjustere medikamenter og samtidig redusere bivirkninger. Illustrasjon: Colourbox |
Utviklet dataprogram for detaljerte kjemiske beregninger
Magnus Ringholm er en del av dette fagmiljøet, og kronet nylig sitt arbeid med en doktorgrad. Ringholm er fra Tromsø og utdannet seg til sivilingeniør innen kjemi og bioteknologi ved NTNU før han flyttet tilbake til Tromsø i 2009 for å starte som stipendiat i kjemi. Prorektor Kenneth Ruud har vært hans veileder i doktorgradsarbeidet. Forskningsinteressene til Ringholm beskrives som kvantekjemiske beregninger av molekylære egenskaper og teoretisk beskrivelse av vibrasjonelle spektroskopier, og tittelen på hans avhandling er "Recursive calculation of high-order molecular response properties". I sitt arbeid har Ringholm skrevet et program som gjør det mulig å regne ut komplekse molekylære egenskaper med større nøyaktighet enn tidligere. Han har utviklet en modell der programmet opererer i “lag for lag”, slik at resultatene fra et tidligere lag brukes som utgangspunkt for den delen av beregningen som gjøres i neste lag. En kan sammenlikne dette med å tegne et stort tre - først kan man begynne med å tegne stammen, så tegner man grener ut fra stammen, så tegner man de større kvistene ut fra grenene, før man til slutt tegner de minste kvistene ut fra de større kvistene. Man kan i overført betydning si at Ringholms program kan brukes til å tegne trær med vilkårlig små kvister, bare at man i stedet for å tegne trær regner ut forskjellige egenskaper som molekyler kan ha.
