Исследователи из России разработали алгоритм, который позволяет точно рассчитывать объем полостей внутри каликсаренов — молекул чашеобразной формы, которые можно применять для создания сорбентов, а также оптимальной «наноупаковки» для лекарств и катализаторов. Об этом ТАСС сообщила пресс-служба Университета ИТМО (Санкт-Петербург).

«Наш подход значительно быстрее традиционных способов, когда молекулы перебирают вручную. Возможность точного расчета объемов полостей каликсаренов позволит лучше прогнозировать эффективность включения молекул-гостей при создании новых сорбентов, супрамолекулярных катализаторов и систем для доставки лекарств», — пояснил доцент Научно-образовательного центра инфохимии ИТМО Антон Муравьев, чьи слова приводит пресс-служба вуза.

Как объясняют исследователи, каликсарены представляют собой сложно устроенные органические молекулы, похожие по форме на чашу или вазу с нечеткими границами за счет наличия внешних выступающих атомов. В теории, внутрь этих структур можно поместить другие молекулы и тем самым защитить их от внешних воздействий, однако для этого необходимо понимать, каким объемом обладает полость внутри каликсарена.

По словам химиков, существующие алгоритмы плохо справляются с этой задачей из-за сложной формы и особенностей в структуре каликсаренов, что побудило российских исследователей разработать два новых геометрических подхода на основе компьютерного моделирования и алгоритмов класса «разделяй и властвуй». По сравнению с аналогами, данные инструменты не требуют долгого подбора параметров и значительно ускоряют процесс расчета.

В рамках этих подходов ученые вручную удаляют часть «лишних» атомов, расположенных вне чаши каликсаренов, и затем формируют трехмерную модель молекулы и определяют объем полости при помощи двух разных математических подходов. Новые методы, как отмечают разработчики, позволяют получить результат за 5-10 секунд, тогда как уже существующие программы для 3D-моделирования тратят на это по 1,5-2 часа.

Также проведенные учеными расчеты показали, что новые алгоритмы существенно превосходят уже существующие программные пакеты и в точности расчетов. В среднем, результаты их вычислений лишь на 11% отклонялись от эталонных значений, тогда как у других программ эти погрешности достигали 28-59%. В перспективе, использование этих алгоритмов существенно ускорит разработку «наноупаковки» для лекарств и катализаторов, подытожили ученые.