Kredit:CC0 Public Domain
Simon Fraser University forskare ger nya insikter om hur kemiska reaktioner kan förstås och styras. Resultaten av deras tvärvetenskapliga tillvägagångssätt har publicerats i Physical Review Letters.
Även om kemiska reaktioner kan vara mycket komplexa, följer de ofta en rad elementära steg när de fortskrider. I sitt arbete har SFU kemi Ph.D. studenten Miranda Louwerse och fysikprofessorn David Sivak fann att information från en reaktionskoordinat om hur en reaktion fortskrider är exakt lika med hur försvinnande den koordinaten är.
Deras resultat indikerar ett djupt samband mellan två tidigare distinkta fysikområden – stokastisk termodynamik, som beskriver energi- och informationsförändringar, och övergångsvägsteori, som beskriver reaktionsmekanismer.
Att upptäcka en koppling mellan dessa två fält har gjort det möjligt för paret att skapa ett ramverk för att kvantifiera informationen om en reaktion som ingår i systemdynamik, vilket ger en fysisk förståelse för vad det betyder att en viss dynamik är relevant för den reaktionen.
Denna förståelse är särskilt användbar för att hjälpa forskare att navigera i stora datamängder.
Forskarna noterar att framsteg inom datoranvändning gör det enklare än någonsin att simulera komplexa system och kemiska reaktioner, men tillsammans med användbar information kan dessa simuleringar producera enorma mängder ovidkommande data. Detta ramverk kan hjälpa forskare att skilja signal från brus, vilket gör det möjligt för dem att spåra exakt hur en reaktion utvecklas.
I framtiden kommer detta att hjälpa forskare och ingenjörer att bättre identifiera flaskhalsar i produktionen av kemikalier, vilket gör det lättare att utforma insatser som ger mer kontroll över reaktioner.
Genom guidad design kommer de att kunna uppnå snabbare och billigare produktion av kemikalier med mindre avfall. Det kan också vägleda en mer grundlig förståelse av hur läkemedel fungerar i kroppen, vilket föreslår vägar mot att utveckla läkemedel med mindre skadliga biverkningar.
Denna insikt ger också några spännande möjligheter till mer kommunikation mellan och mellan discipliner. Att etablera den grundläggande likvärdigheten mellan grundläggande begrepp inom olika områden hjälper teoretiker att tillämpa etablerad teori från ett område till ett annat. Detta öppnar möjligheter att anpassa metoder för att mäta energiförlust för att identifiera reaktionsmekanismer, och kan ge ytterligare insikt i framtiden.
"Vi letade inte efter det här," säger Sivak. "Vi hittade det i samband med att vi studerade något annat. Men det passar bra i vårt breda forskningsområde att förstå samspelet mellan energi, information och dynamik i biologisk funktion på molekylär nivå." + Utforska vidare
