Создана программа для исследования межзвездной пыли, наночастиц и клеток крови
Биофизик Новосибирского государственного университета, развивающий метод дискретных диполей, разработал универсальную компьютерную программу ADDA, одним из приложений которой является моделирование светорассеяния биологическими клетками.
Технологию ученого применяют во всем мире для исследования межзвездной пыли, неоднородных покрытий на бумаге, металлических наночастиц, сообщает пресс-служба НГУ. Программа, созданная новосибирским ученым, отличается большей скоростью по сравнению с иностранными аналогами, а также превосходит их и по другим параметрам. В частности, ADDA в 2 раза быстрее, чем американская компьютерная программа DDSCAT.
«Те, кто когда-то использовал DDSCAT, могут легко перейти на ADDA. Моя программа консольная: всё сделано через командную строку (нет никакого графического интерфейса) и заточено под суперкомпьютеры. Это удобно для автоматизации большого объема вычислений. Если нужно посчитать тысячу частиц, пишется один скрипт, который просто подставляет нужные параметры, — приводит пресс-служба НГУ слова разработчика программы, преподавателя кафедры биомедицинской физики физического факультета НГУ Максима Юркина. — Также в моей программе есть функции, которых нет у DDSCAT. ADDA не ограничена объёмом памяти одного компьютера, что позволяет моделировать частицы практически неограниченного размера при наличии достаточно мощного кластера».
Сейчас программой пользуются около 50 ученых с разных концов Земли, которые по полученным результатам опубликовали около 200 научных статей.
Так, например, ученые из Лейдена (Голландия) использовали ADDA для интерпретации экспериментов по связыванию одиночных молекул с золотой наночастицей, что находится на пределе чувствительности современных методов. A финские астрофизики разрабатывали инновационное покрытие бумаги с необходимыми свойствами (определенный оттенок белого, чтобы не было бликов или наоборот). Они брали различные наночастицы в качестве компонентов такого покрытия и моделировали на суперкомпьютере, чтобы иметь представление, какой может получиться лист бумаги. Другой пример: аспирант из Германии недавно защитил диссертацию по использованию метода дискретных диполей: он сделал модуль для использования графического процессора (подходят и обычные игровые видеокарты) и внедрил его в код ADDA. Он также участвовал в развитии ADDA для прямого моделирования оптических свойств частиц на плоской подложке. Эта конфигурация очень распространена для наночастиц, но раньше подложку либо вообще игнорировали, либо учитывали приближенно.
«Нам интересно работать с клеткой, особенно если можно воздействовать на её морфологию и увидеть изменения. Но даже просто определить трехмерную форму одиночной клетки — это далеко нетривиальная задача. Возьмем, например, эритроцит — он имеет форму двояковогнутого диска, для описания которого необходимы минимум три характеристики. Для решения обратной задачи, то есть определения этих характеристик плюс концентрации гемоглобина, нам пришлось создать базу данных оптических свойств 250 000 эритроцитов. Вот тут и пригодились возможности ADDA и мощности вычислительного кластера НГУ. Также ведутся работы по бактериям. Например, палочковидные бактерии можно измерить с помощью цитометра, потом добавить антибиотик и через час опять посмотреть, какого размера они стали. Если сдвинулось распределение по размеру — они растут, значит, что они устойчивы к антибиотикам, — объяснил Максим Юркин. — Сейчас это очень актуальная проблема в медицине, и можно создать хороший экспресс-метод на устойчивость к таким лекарственным средствам».
пример МДД и модель эритроцита, созданная учёными НГУ
Источник: пресс-служба НГУ
Кроме того, тот же подход потенциально может помочь в определении качества молока и молочных продуктов.
«Мы поштучно измеряем микроскопические жировые частицы молока, смотрим — у части показатель преломления как у молочного жира, а у части — как у пальмового масла. Значит, при производстве этого продукта использовали эмульсию пальмового масла, чтобы сэкономить на молоке. Мы сейчас работаем над увеличением точности определения показателя преломления, чтобы надежно разделять молочный жир и заменители», рассказал Максим Юркин.
Помимо множества практических применений, ADDA способствует и фундаментальному развитию самой оптики.
Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.
