Ingrid Fadelli , Phys.org

Lisa Lock tərəfindən redaktə edilmiş , Robert Eqan tərəfindən nəzərdən keçirilmişdir

 Redaktorların qeydləri20-dən 500-ə qədər tikinti bloku olan öz-özünə yığılan ikosahedral qabıqlar üçün optimal dizaynlar. Kredit: Tyukodi et al

Son onillikdə nanotexnologiya və materialşünaslıq sahəsində mütəxəssislər spesifik nümunələrə uyğun olaraq kortəbii şəkildə qurulan kiçik strukturlardan ibarət arxitekturalar yaratmağa çalışırlar. Bu arxitekturaların bəziləri simmetrik şəkildə təşkil edilmiş 20 müxtəlif üçbucaqlı fazaları olan ikosahedral qabıqlar adlanan strukturlara əsaslanır.

Bu proqramlaşdırıla bilən qabıqların etibarlı yığılması çətin oldu, çünki nəticədə yaranan strukturlar tez-tez dizayndan fərqlənir, alternativ, daha az dayanıqlı strukturlar yaradır. Bu, mahiyyətcə, onların arzu olunan arxitekturada təşkili “hədəfi əldən verməyə” meylli olması deməkdir. İkosaedral qabıqların və ya digər proqramlaşdırıla bilən nanostrukturların yığılmasını təmin etmək üçün strategiyaların müəyyən edilməsi müxtəlif real dünya tətbiqləri üçün faydalı ola bilər.

Babeş-Bolyai Universiteti, Brandeis Universiteti və Massaçusets Universitetinin tədqiqatçıları bu yaxınlarda minimum xərclə proqramlaşdırıla bilən qabıqların yüksək dəqiqliklə yığılması üçün yeni alqoritm hazırlayıblar. Fiziki İcmal Məktublarında dərc olunan məqalədə qeyd olunan onların təklif etdiyi metod müxtəlif tibbi və istehlakçıların üzləşdiyi texnologiyalar üçün əsas ola biləcək nanostrukturların genişləndirilə bilən yaradılmasına imkan verə bilər.

“DNT nanotexnologiyasında və de novo protein dizaynında son irəliləyişlər, öz-özünə dəqiq müəyyən edilmiş hədəf strukturlarına yığılan tikinti bloklarının təfərrüatlı dizaynına imkan verir”, – məqalənin baş müəllifləri Gregory M. Grason və Michael F. Hagan Phys.org-a bildiriblər. “Xüsusi qıcıqlandırıcı dizayn məqsədi bu məclisləri müəyyən sonlu ölçüdə (“hədəf” ölçüsü) alt bölmələr üzrə böyüməsini “dayandırmaq” üçün proqramlaşdırmaqdır.”

Qrason, Haqan və onların həmkarları öz-özünə yığılan proqramlaşdırıla bilən nanostrukturların reallaşdırılmasına yönəlmiş əvvəlki tədqiqatları apararkən müxtəlif çətinliklərlə qarşılaşdılar. Ən əsası, onlar tapdılar ki, bu sintetik öz-özünə yığılan platformalar tez-tez hədəfdən kənar və ya qüsurlu strukturlara yığılır və onlar böyüdükcə bu tendensiya getdikcə daha çox ifadə olunur.Optimal mürəkkəblik dizaynının (yuxarı cərgə, 222) və hədəfdən kənar yığılmalara səbəb olan qüsurlar (yaşıl dairələr) əmələ gətirməyə meylli olan çox aşağı mürəkkəbliyi olan dizaynın (aşağı sıra, 332) tipik montaj trayektoriyalarından çəkilişlər. Hədəf strukturu 180 üçbucaqlı alt bölmədən ibarət ikosahedral qabıqdır. Kredit: Tyukodi et al

“Məsələn, qrupumuzla son əməkdaşlıqda Hendrick Dietz və Set Fraden proqramlaşdırıla bilən ölçülərə malik ikosahedral kapsidlərə yığılan üçbucaqlı DNT origami alt bölmələrini inkişaf etdirdilər” dedi Qrason və Haqan. “Bu səy heyrətamiz dərəcədə uğurlu olsa və 180 üçbucaqlı alt bölməyə qədər hədəf kapsidlərinin yığılmasını nümayiş etdirsə də, ölçü artdıqca hədəf strukturların məhsuldarlığının əhəmiyyətli dərəcədə azaldığı müşahidə edildi.”

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=2612643799&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1759922666&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-10-algorithm-reveals-magic-sizes-programmable.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&aieuf=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTQwLjAuNzMzOS4xMjgiLG51bGwsMCxudWxsLCI2NCIsW1siQ2hyb21pdW0iLCIxNDAuMC43MzM5LjEyOCJdLFsiTm90PUE_QnJhbmQiLCIyNC4wLjAuMCJdLFsiR29vZ2xlIENocm9tZSIsIjE0MC4wLjczMzkuMTI4Il1dLDBd&abgtt=6&dt=1759922666718&bpp=1&bdt=363&idt=31&shv=r20251006&mjsv=m202510020101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1759922657%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1759922657%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3D1241933dda87baba%3AT%3D1750839581%3ART%3D1759922657%3AS%3DAA-AfjZwPuiSAour3k16ZA1JtXua&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=804754736478&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=2484&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31095046%2C31095050%2C31095054%2C31095055%2C31095082%2C31095084%2C42531706%2C95370628%2C95372358%2C95372730&oid=2&pvsid=1235702290774107&tmod=65147985&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=40

Onlar yeni tədqiqatlarını planlaşdırmağa başlayanda tədqiqatçılar bilirdilər ki, proqramlaşdırıla bilən nanostrukturun dizaynının mürəkkəbliyini artırmaq və ya başqa sözlə, daha çox müxtəliflik və əsas tikinti bloklarından istifadə etməklə yığılmış alt bölmələrin daha çox hissəsinin arzu olunan strukturlara yığılmasına gətirib çıxarır. Bununla belə, onların və digər komandaların əvvəlki işləri göstərdi ki, daha böyük dizayn mürəkkəbliyi həm də daha yüksək material sintezi xərcləri və daha uzun montaj vaxtları ilə bağlıdır.

“Yüksək sədaqət (hədəf strukturun yüksək məhsuldarlığı və rəqabət aparan strukturların aşağı məhsuldarlığı) və qənaət (layihələndirilməli olan tikinti bloklarının sayını məhdudlaşdırmaq) arasında mübadilə var” dedi Qrason və Haqan. “Bu kontekstdə, daha çox tələb olunan növlər, eksperimentalistlərin layihələndirmək, sintez etmək və təmizləmək üçün daha çox növ alt bölməyə sahib olması mənasında daha “bahalıdır”.”

Komandanın tədqiqatının əsas məqsədi həm qənaətcil, həm də qüsurlu strukturları etibarlı şəkildə aradan qaldıran proqramlaşdırıla bilən nanostrukturların yığılması üçün optimal dizayn strategiyalarını müəyyən etmək idi. Birincisi, optimal mürəkkəblik dizaynlarını müəyyən edə biləcək bir alqoritm hazırlamaq üçün simmetriya ilə əlaqəli prinsiplərdən istifadə etdilər. Bunlar, mümkün olan ən aşağı “xərclə” mümkün olan ən yüksək məhsuldarlıqla hədəf strukturları istehsal edəcək dizaynlardır.

“Dizaynlar qabıqların yığılması zamanı qüsurların asanlıqla əmələ gəlməsinə imkan verən xüsusi simmetriya elementlərindən qaçır” dedi Qrason və Haqan. “Həmin qüsurlar alt bölmələr arasında “kilid-açar” tipli qarşılıqlı əlaqənin yarana biləcəyi yerlərdir, lakin səhv həndəsədə, məsələn, nəzərdə tutulandan daha kiçik bir qabıq . Biz alqoritmi təbii viruslar tərəfindən yaradılan ikosahedral qabıqlar üzərində nümayiş etdiririk və prinsipin digər struktur növləri üçün ümumiləşdirildiyini göstəririk.”DNT origami alt bölmələrinin proqramlaşdırıla bilən ölçülərə malik ikosahedral qabıqlara yığılması üçün nəzərdə tutulduğu təcrübələrdən kriyo elektron tomoqrafiya şəkilləri. 20-80 alt bölməyə malik olduğu göstərilən strukturlar, 180 alt vahid üçün dizayn da uğurlu montaja səbəb olur. Kredit: Təbiət Materialları (2021). DOI: 10.1038/s41563-021-01020-4

Qrason, Haqan və onların həmkarları yeni hazırlanmış alqoritmlərinin potensialını yoxlamaq üçün Monte Karlo və Brownian Dynamics simulyasiyaları kimi tanınan bir sıra dinamik kompüter simulyasiyalarını həyata keçirdilər. Onlar tapdılar ki, onların alqoritmi proqramlaşdırıla bilən qabıqların yüksək sədaqətlə yığılmasına imkan verir, eyni zamanda onların genişlənə bilən həyata keçirilməsini təmin etmək üçün dizaynı kifayət qədər sadə saxlayır.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, innovasiyalar və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniliklər əldə edin .

“Bu töhfə tam strukturun simmetriya oxunun təpələri ilə üst-üstə düşməsinə əsaslanan seçim qaydasının müəyyən edilməsi ilə təmin edilir” dedi Qrason və Haqan. “Hər hansı bir simmetriya oxu təpə ilə üst-üstə düşəndə ​​(birləşən strukturda çoxlu üçbucaqlı alt bölmələrin qovuşduğu nöqtə) qüsurlar yarana bilər və montajın məqsədsiz strukturlarla nəticələnməsi ehtimal olunur. Verilmiş ölçü üçün optimal dizayn təpə ilə üst-üstə düşən simmetriya oxuna malik olmayan ən aşağı mürəkkəblik dizaynıdır.”

Maraqlıdır ki, tədqiqatçıların simulyasiyaları onların simmetriyasına görə xüsusilə aşağı mürəkkəbliyə imkan verən müxtəlif “sehrli ölçülərin” müəyyən edilməsinə səbəb olub. Bu ölçülərə malik strukturlarda simmetriya baltaları təpə yerinə (yəni, üçbucaqlı qabıqların qovuşduğu künc nöqtələri) qabıq üzünü (yəni, düz üçbucaqlı panellərdən birini) keçir.

“Bu sehrli ölçülər ən mürəkkəb birləşmələrə nisbətən 12 qat daha az subunit növləri tələb edir” dedi Qrason və Haqan. “Bizim optimal alqoritmimiz minlərlə alt bölmədən ibarət strukturların kənar müdaxilə olmadan yığıldığı nanomateryal tətbiqlərinə qapı açır, eyni zamanda viruslar kimi bioloji strukturların bu qədər etibarlı şəkildə necə yığıldığına yeni işıq salır.”

Gələcəkdə Qrason, Haqan və onların həmkarları tərəfindən hazırlanmış alqoritm tədqiqat aparmaq üçün, məsələn, bioloji strukturların və ya canlı orqanizmlərin yığılmasını öyrənmək, həmçinin xüsusi tətbiqlər üçün hazırlanmış proqramlaşdırıla bilən nanostrukturları hazırlamaq üçün istifadə edilə bilər. Tədqiqatçılar növbəti tədqiqatlarında DNT zəncirləri əsasında nanostrukturların yığılması üçün dizaynlarını həyata keçirməyi və sınaqdan keçirməyi planlaşdırırlar.

“Bundan əlavə, biz bu alqoritmin əsasını təşkil edən konsepsiyaları genişləndirmək istərdik ki, öz-özünə montajı optimallaşdırmaq üçün digər strategiyaları müəyyənləşdirək” dedi Qrason və Haqan. “Məsələn, digər simmetriya prinsiplərini və ya dizayn mürəkkəbliyini azaldan digər yanaşmaları müəyyən edə bilərikmi, eyni zamanda montaj yollarını səhv montaja səbəb olan qüsurlardan uzaqlaşdıra bilərikmi?

“Bu cür sual hansı növ alt vahid simmetriyasının – üçbucaqlı, kvadrat və ya digər çoxbucaqlıların – sadə sferik qabıqlardan çox kənarda, müxtəlif formalı ölçüləri miqyaslana bilən strukturları düzəltmək üçün “ən ucuz” yol verdiyini həll etmək üçün tətbiq oluna bilər.”

Müəllifimiz İnqrid Fadelli tərəfindən sizin üçün yazılmış , Liza Lok tərəfindən redaktə edilmiş və Robert Eqan tərəfindən yoxlanılmış və nəzərdən keçirilmiş bu məqalə diqqətli insan əməyinin nəticəsidir. Müstəqil elmi jurnalistikanı yaşatmaq üçün sizin kimi oxuculara güvənirik. Bu hesabat sizin üçün əhəmiyyət kəsb edirsə, lütfən, ianə (xüsusilə aylıq) nəzərdən keçirin. Siz təşəkkür olaraq reklamsız hesab əldə edəcəksiniz .

Daha çox məlumat: Botond Tyukodi və başqaları, Sehrli Ölçülər Proqramlaşdırıla bilən qabıqların Minimal Mürəkkəblikdə Yüksək Səliqəli Assambleyasını Aktivləşdirir, Fiziki Baxış Məktubları (2025). DOI: 10.1103/5yjp-kx2j . ArXiv- də : DOI: 10.48550/arxiv.2411.03720

Jurnal məlumatları: arXiv , Fiziki İcmal məktubları , Təbiət Materialları   

© 2025 Science X Network