Группа американских ученых из Института супрамолекулярного дизайна (Supramolecular Design Institute), Национальной лаборатории Ок-Ридж (Oak Ridge), Лаборатории Эймса (Ames Laboratory, ) и Национальной лаборатории Айдахо (Idaho National Laboratory) разработала программу, которая позволила вычислить новые, недорогие и эффективные лиганды для извлечения и разделения редкоземельных металлов. Отчет о разработке опубликован в журнале Inorganic Chemistry, который издает Американское химическое общество, популярно об исследовании рассказывается на сайте Лаборатории Эймса. Исследования велись в рамках программ Министерства энергетики США, направленных на поиск решений, целью который является уменьшение зависимости США от импорта редкоземельных металлов.

При экстракции и разделении редкоземельных металлов используются лиганды - химические соединения, молекулы или атомы, которые связываются с другими веществами и образуют единое комплексное соединение. При экстракции редкоземельных элементов используются кислоты, но их набор не очень широк, поэтому одной из актуальных проблем в добыче и обработке РЗМ является подбор новых лигандов, эффективных и нетоксичных. Например, недавние исследования позволили использовать в качестве лиганда альфа-протеобактерии.

Новое исследование позволило сузить широкий поиск возможных лигандов. Для этого учеными была разработана компьютерная программа, получившая название Host Designer. Она позволила очень быстро проверить миллионы возможностей путем их широкого классификации в соответствии с их молекулярной архитектурой.

Автор программы и сотрудник Supramolecular Design Institute Бенджамин Хэй сравнивает ее с подбором деталей детского конструктора Tinkertoys, который состоит из множества деталей разной формы, которые могут соединяться между собой самыми разными способами: "Если бы нас попросили построить все возможные структуры из этих частей (конструктора - прим. ред.) , это заняло бы много времени, может быть, годы. Но наш компьютерный код имеет базу данных молекулярных связей, которые похожи на детали Tinkertoys, и может соединить эти 3D-структуры всеми мыслимыми способами. Он может производить миллион структур в минуту и найти с теми формами и свойствами, которые нам необходимы".



Как отметил Вячеслав Брянцев, ученый из Национальной лаборатории Ок-Ридж, поиск каждого лиганда для промышленности может занять до пяти лет и стоить миллионы долларов, но моделирование конструкции до этапа экспериментального тестирования позволяет ученым сузить круг поиска и сосредоточиться только на самых перспективных лигандах.

На первом этапе миллионы потенциальных молекул были сведены с помощью программы к количеству около 3000, затем, на втором этапе поиска, ученые использовали более сложные вычислительные программы, чем сократили число потенциальных лигандов до небольшой группы. Часть из вычисленных моделей были созданы в Ок-Риджской лаборатории. Планируется что они будут испытаны экспериментально в Национальной лаборатории Айдахо.