Kraftfelder mit chemischer Genauigkeit für Adsorptionsprozesse

• Antragsteller: Dr. Saientan Bag, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Theoretische Chemie: Moleküle, Materialien, Oberflächen
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 520493690

Adsorption und Desorption von Molekülen sind Schlüsselprozesse bei der Extraktion und Reinigung von Biomolekülen, der Entwicklung von Arzneimitteln und der Entwicklung von oberflächenspezifischen Beschichtungen. Um den Adsorptionsprozess auf atomarer Ebene zu verstehen, werden häufig quantenmechanische und klassische Simulationsmethoden eingesetzt. Die Untersuchung der Adsorption mit einer vollständigen quantenmechanischen Behandlung ist jedoch auf Simulations-Zeitskalen im Pikosekundenbereich beschränkt, während klassische Molekulardynamik-Simulationen durch die Genauigkeit der vorhandenen Kraftfelder (FF) begrenzt sind. Um diese Herausforderungen zu überwinden, schlage ich hier vor, einen neuen generischen Ansatz zu entwickeln, um funktional-basierte maschinell gelernte Kraftfelder für Molekül-Oberflächen-Wechselwirkungen auf der Grundlage symbolischer Regression zu erforschen. Dieser Ansatz verspricht signifikante Fortschritte gegenüber den bestehenden FF, sowohl in Bezug auf die Genauigkeit als auch auf den geringen Rechenaufwand (um eine Größenordnung schnellere Implementierung als bei den bestehenden Kraftfelder Ich werde zunächst den vorgeschlagenen Bottom-up-Ansatz anwenden, um ein Kraftfeld für die Adsorption von Aminosäuren (und Nukleobasen) an homogenen Oberflächen wie Gold und Graphen zu entwickeln. Später werde ich die vorgeschlagene Methode erweitern, um inhomogene Oberflächen (z.B. Siliziumdioxid) in zu behandeln und ein WORKFLOW-Tool zur Verfügung stellen, um Kraftfelder für beliebige Molekül-Oberflächen-Kombinationen zu erstellen. Angesichts der Bedeutung der Wechselwirkung zwischen Molekül und Oberfläche bei Anwendungen wie der Entwicklung von Arzneimitteln, der chromatografischen Trennung usw. zielt dieser Vorschlag darauf ab, wichtige technologische Fortschritte zu erzielen, um innovative Lösungen für die wichtigsten Herausforderungen der modernen Gesellschaft - Gesundheit und Wohlbefinden - zu finden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen