未来纳米材料：进化与计算的结晶

　　关键的创新是将设计框架反过来，更有效地利用CCM推演模型的信息，与遗传算法相结合，这样就得到 一个高效而且可升级的最优化设计程序。温卡塔萨布拉曼尼亚说：“遗传算法是自然如何设计复杂的分 子和生物，本质上，我们是让DNA拼接参数‘基因库’朝向我们想要的结构演化发展——也就是‘最适 合的’。”

　　检验过程中的意外发现

　　对方法的实验检验是另一个挑战。哥伦比亚大学萨那特·库玛说：“我们决定先预测那些实验中已经观 察到的纳米晶体结构，测试一下方法框架；下一步，我们创造了一个晶体结构库，包括那些已通过实验获得的晶体——具有特定的相关实验参数，如DNA纳米粒子中的DNA连接比例、大小等。然后我们运行基因算法，用CCM作为推演模型，以得到实验中观察到的晶体结构。我们很高兴，遗传算法正确地预测出 了实验参数，用这些参数就能造出我们观察到的结构。”

　　“初步实验研究显示，改良模型与实验结果吻合得更好。”论文第一作者芭比·斯里尼瓦桑说，“最近 我们进行了一次全面分析，利用开发的模型，能确定所有230种不同的晶体空间集合，这些能与遗传算 法一起用于晶体晶格设计。”

　　模型还产生了意外的结果，他们的发现解释了4种最近未能观察到的结构。“在由‘无机晶体结构数据 库（ICSD）’生成的晶格库中，我们能识别出一些参数，这些参数能形成那些实验室里曾观察到的晶体 结构，还可能形成了不曾观察到的4种新结构。”斯里尼瓦桑说，“这些结果在设计DNA拼接纳米材料方 面起着关键作用。”这一框架是普遍性的，可以扩展用于先进材料合理设计，但它又与分子动态模型不 同，推演路径模型在计算上是高效的。“我们加强了CCM法，这有可能帮我们穷尽整个晶体空间，找到 合适的设计结构。”

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