علماء يطورون جهاز محاكاة كمومية لفهم وتعديل خصائق الجزيئات

تركيب جزيئات اصطناعية تتمتع بنفس مواصفات الجزيئات الحقيقية

طوّر علماء من جامعة رادبود جزيئات اصطناعية تشبه الجزيئات العضوية الحقيقية، حيث تمكن العلماء من محاكاة سلوك الجزيئات الحقيقية باستخدام الجزيئات الاصطناعية، وبهذه الطريقة، يمكنهم تعديل خصائص الجزيئات بطرق عادة ما تكون صعبة أو غير ممكنة، ويمكنهم فهم كيفية تغيير الجزيئات بشكل أفضل.

جهاز محاكاة كمومية

وقال إميل سيردا، الذي كان مسؤولاً عن إجراء التجارب في جامعة رادبود: "قبل بضع سنوات كانت لدينا هذه الفكرة المجنونة لبناء جهاز محاكاة كمومية، أردنا إنشاء جزيئات اصطناعية تشبه الجزيئات الحقيقية، لذلك قمنا بتطوير نظام نحصر فيه الإلكترونات، حيث تحيط الإلكترونات بالجزيء مثل السحابة، وقد استخدمنا تلك الإلكترونات المحاصرة لبناء جزيء اصطناعي، كانت النتائج التي وجدها الفريق مذهلة، ذلك لأن التشابه بين ما بنيناه والجزيئات الحقيقية كان غريباً فعلاً".

تغيير الجزيئات:

وأوضح أليكس خاجتوريانز، رئيس قسم الفحص المجهري في جامعة رادبود: "صنع الجزيئات صعب بما فيه الكفاية، غالباً ما يكون الأمر الأصعب هو فهم كيفية تفاعل جزيئات معينة، على سبيل المثال كيف تتغير عندما يتم رصفها أو تغييرها، إن كيفية تغير الجزيئات وتفاعلها هي أساس الكيمياء، لأنها تؤدي إلى تفاعلات كيميائية، مثل تكوين الماء من الهيدروجين والأكسجين".

وتابعت: "أردنا محاكاة الجزيئات، حتى نتمكن من الحصول على مجموعة الأدوات النهائية لثنيها وتركيبها بطرق تكاد تكون مستحيلة مع الجزيئات الحقيقية، وبهذه الطريقة يمكننا أن نقول شيئاً عن الجزيئات الحقيقية، دون صنعها، أو دون الحاجة إلى التعامل مع التحديات التي تطرحها، مثل شكلها المتغير باستمرار".

تركيب جزيء البنزين:

باستخدام هذا المحاكاة، ابتكر الباحثون نسخة مصطنعة من أحد الجزيئات العضوية الأساسية في الكيمياء: وهو البنزين، البنزين هو مكون أساسي لنسبة كبيرة من المواد الكيميائية، مثل الستايرين، الذي يستخدم في صناعة البوليسترين.

وقال خاجتوريانز: "من خلال صنع البنزين، قمنا بمحاكاة جزيء عضوي حقيقي، وبنينا جزيئاً مكوناً من عناصر غير عضوية، وفوق ذلك، كانت الجزيئات أكبر بعشر مرات من نظيراتها الحقيقية، مما يجعل العمل معها أسهل بكثير"

الاستخدامات العملية:

استخدامات هذه التقنية الجديدة لا حصر لها، حيث قال دانيال ويغنر، الأستاذ المساعد في قسم إدارة الإنتاج الاستراتيجي: "لقد بدأنا فقط في تخيل ما يمكننا استخدام هذا فيه، لدينا العديد من الأفكار بحيث يصعب تحديد من أين نبدأ".

وأضاف: "باستخدام جهاز المحاكاة الكمومي هذا، يمكن للعلماء فهم الجزيئات وتفاعلاتها بشكل أفضل، مما سيساعد في كل مجال علمي يمكن تخيله، وقال فيغنر: "من الصعب حقاً صنع مواد جديدة لأجهزة الكمبيوتر المستقبلية، على سبيل المثال، ولكن من خلال صنع نسخة محاكاة، يمكننا البحث عن الخصائص والوظائف الجديدة لجزيئات معينة وتقييم ما إذا كان الأمر يستحق صنع المادة الحقيقية أم لا".

المصدر: مجلة ساينس