Interaktioner med vatten dominerar hur läkemedelsmolekyler binder till mål, men det är svårt att modellera dessa interaktioner, begränsa noggrannheten av läkemedelsdesign. I en ny tidning i Journal of Chemical Physics , från AIP Publishing, William A. Goddard III och Sabre Naserifar från California Institute of Technology beskriver sitt nya tillvägagångssätt för att bygga en ny beskrivning av vatten (känd som ett kraftfält) och visar dess noggrannhet.

Goddard, professor i kemi och tillämpad fysik, blev "chockad" av resultaten. "Den beskrivning vi får passar nästan alla egenskaper hos vatten otroligt exakt, mycket bättre än något tidigare kraftfält, " han sa.

Kvantmekanik kan bara beskriva exakt små system, så vår förståelse av flytande vatten bygger på simuleringar med kraftfält. Trots decennier av arbete, strömkraftfälten misslyckas med att samtidigt beskriva vattnets alla egenskaper. "Ett kraftfält kan ge rätt densitet och förångning av vatten, men kan vara 100 grader från smältpunkten, " sa Goddard. "Det låter ganska illa, men det är allt vi har haft."

Dessa ofullständiga modeller begränsar läkemedelsdesign och begränsar vår förståelse för industriella lösningsmedelsreaktioner, drivande forskare att undersöka några av vattnets avvikande egenskaper. Till exempel, det har föreslagits att när vatten kyls till låga temperaturer kan det existera som både en vätska med hög och låg densitet, en anomali som skulle kunna förstås mycket bättre om ett bra kraftfält för vatten fanns tillgängligt.

Till skillnad från tidigare kraftfält, Goddard och Naserifar fokuserade på att modellera de individuella interaktionerna mellan vatten. Arbetar "bakåt, "De övervägde först långdistansinteraktioner, och lade sedan till laddningar och polarisationsdynamik. "Tidigare kraftfält tillät inte avgifter att röra sig, detta är ett viktigt framsteg, "sade Goddard. Också, för starka vätebindningar, laget använde nyligen publicerade, mycket exakt, beräkningar av vattendimerer.

"Vi använde kvantmekanik av hög kvalitet för varje interaktion individuellt-långdistans, kort avstånd, vätebindning, polarisering - sätt ihop allt, testade det och fann att det var otroligt korrekt, " sa Goddard. "Förutsäga en smältpunkt för en vätska inom 0,2 kelvin. ... Det är helt okänt! "

Deras nya kraftfält misslyckades bara på en egenskap:beräkning av hur snabbt partiklar sprider sig, eller diffusionskonstanten. Goddard och Naserifar är ”förbryllade” över oegentligheten, men förbli spända över vad deras kraftfält har åstadkommit. De är angelägna om att använda det för att undersöka de onormala egenskaperna hos vatten, och för att se om det förbättrar läkemedelsdesignens noggrannhet.