Få utskriftsvennlig versjon ved å trykke på denne

Bruker farlig radioaktivt stoff som datamodell

Kjemikernes verktøykasse utvides stadig med nye og bedre datamodeller. Ved UiT har Roberto Di Remigio kommet ett steg videre med en datamodell som skal kunne beregne hvordan små molekyler oppfører seg når de flyter i en løsning.


Vibeke Os 01.03.2017 15:58   (Sist oppdatert: 06.03.2017 09:33)

Roberto Di Remigio utfordrer etablerte datamodeller når han flytter de teoretiske kjemiske prosesser over i en virtuell væske. Foto: Di Remigio

Forskere verden over bruker dataverktøy for å utføre kjemiske beregninger, men de fleste metodene beskriver hvordan molekyler reagere med hverandre i «løse lufta».

– Vi jobber med å gjøre kjemiske simuleringer mer realistiske, vi vil finne ut hvordan stoffer oppfører seg i for eksempel vann. I virkeligheten foregår mange av livets prosesser i en eller annen form for væske, sier Di Remigio, og vi trenger verktøy som kan beskrive livets kjemiske prosesser på en nøyaktig og rask måte. Det vil være et viktig bidrag til blant annet medisinutvikling, miljøanalyser og biokjemisk industri.

Di Remigio har skrevet en doktorgradsoppgave ved Senter for fremragende forskning, CTCC (Centre for Computational and Theroretical Chemistry) og spesifiserer at arbeidet hans har blant annet gått ut på å finne en metode som beskriver hvordan de interne drakrefter i polonium påvirkes når han imiterer at molekylene befinner seg i en væske.

Forgiftet med Polonium
Hos noen ringer det en bjelle når Polonium nevnes, dette svakt radioaktive stoffet har tidligere fått mye medieomtale. I 2006 ble den russiske journalisten og eks-spionen Alexander Litvinenko forgiftet med Polonium og døde noen uker etter. Stoffet regnes ikke som veldig farlig fordi strålingen ikke går gjennom huden på mennesker, men det kan være dødelig når det spises i store mengder. Litvinenko døde på et sykehus i London etter en tvilsom middagsinvitasjon der han ble forgiftet.

Interne drakrefter i vann (venstre; rød kule er oksygen, to hvile kuler er hydrogen) og Pollonium (høyre; sort kule er polonium, 2 hvite kuler er hydrogen). Elektronene rundt kjernene trekkes fra rød farge mot blå. Pollonium har større trekkraft enn oksygen, og dette er typiske egenskaper som er viktig å få med i datamodellene som lages. Foto: Roberto Di Remigio

Intern drakamp
Men tilbake til Di Remigio sine databeregninger; inne i et molekyl pågår det hele tiden en intern drakamp mellom positive og negative ladninger. Den positive kjernen i et atom vil dra på de negativt ladede elektronene som befinner seg i nærheten og denne drakampen påvirkes av størrelse på kjernen til stoffet.

Kjemikeren har valgt å jobbe med Polonuim, ikke nødvendigvis fordi det er radioaktivt, men fordi det befinner seg langt nede til høyre i det periodiske systemet, og med det har interessante egenskaper, som en veldig tung og eletronelskende kjerne.

Vann blir trøbbel
Men om kjemikerne har godkontroll på små molekylers indre liv, så blir det kaos når molekylene introduseres for væske. Di Remigio beskriver blant annet hvordan polonium sin interne drakamp påvirkes og forrykkes når molekylet legges i vann. Med å introdusere vann i beregningene, forstyrres hele balansen i og med at innpåslitne atomnaboer i nærheten også vil slite og dra i elektronene som virrer rundt uten en tydelig adresse.

Det er for komplisert å forklare alle mulige krefter mellom polonium og en million vannmolekyler, så Di Remigio har lagd en modell som beregner summen av de positive og negative bidrag til denne drakampen.

– Systemene vi forsker på er vanligvis så store at også de største datamaskinene mangler nok regnekraft til å tygge seg gjennom de mest kompliserte prosessene. Derfor må vi hele tiden finne det beste kompromiss mellom nøyaktighet på metoden og tilgjengelig regnekapasitet. Vi bruker UiT sin supercomputer, Stallo, men selv denne maskinene kan komme til kort om vi ikke forenkler modellene våre.

Roberto Di Remigio har en Master i kjemi fra Universitet i Pisa, Italia før han i 2012 startet på sitt doktorgradsarbeid ved Center for beregningsbasert kjemi ved UiT Foto: Vibeke Os

– Vi prøver hele tiden å utfordre eksisterende metoder slik at vi klarer å komme nærmere og nærmere virkeligheten. Beregningsbasert kjemi er blitt et viktig verktøy som er komplementær til eksperimentell kjemi og vårt arbeid kan forhåpentligvis bidra til en bedre forståelse av molekylers egenskaper og til å forutsi kjemiske og biologiske prosesser, avslutter Di Remigio.

Roberto Di Remigio disputerte 16. januar med oppgaven: “The Polarizable Continuum Model Goes Viral! Extensible, Modular and Sustainable Development of Quantum Mechanical Continuum Solvation Models”

Luca Frediani, Centre for Theoretical and Computational Chemistry, UiT – Norges arktiske universitet og Benedetta Mennucci ved MoLEcoLab, Universitetet i Pisa veiledet Remigio under doktorgradsarbeidet.

 

Les mer:

Det blåglødende stoffet
Ble forgiftet av radioaktivt materiale (VG)
Litvinenko-saken (store norske leksikon)

A polarizable continuum model for molecules at spherical diffuse Interfaces (Munin)