Alexandre Tkatchenko, Professor für theoretische chemische Physik an der Universität Luxemburg, hat vom Europäischen Forschungsrat (ERC) ein Proof-of-Concept-Stipendium für die Entwicklung einer neuartigen Plattform zur Entdeckung chemischer Stoffe erhalten.
Der Zuschuss unterstützt die Entwicklung und Vorbereitung der Kommerzialisierung der „Chemical Space Machine“ – einer Plattform für chemische Modellierung, die molekulare Quantenmechanik und künstliche Intelligenz (KI) kombiniert.
Welches Molekül soll es sein?
Das rechnergestützte Design und die Entdeckung von Molekülen und Materialien beruht auf der Optimierung mehrerer molekularer Eigenschaften in sehr großen chemischen Räumen. Gegenwärtige Ansätze gehen normalerweise von kommerziell erhältlichen Bibliotheken von Verbindungen verschiedener Anbieter aus, deren chemische Vielfalt eingeschränkt ist. Die Entdeckung und Entwicklung von Chemikalien mit maßgeschneiderten Eigenschaften wie neuen Arzneimitteln, Virostatika, Antibiotika, Katalysatoren oder Batteriematerialien erfordert heute einen grundlegenden Paradigmenwechsel bei der Suche nach unbekannten Ecken des riesigen chemischen Raums.
Um diesen Wechsel zu ermöglichen, kehren Prof. Tkatchenko und sein Forschungsteam die Auswahlpyramide des chemischen Designs um, indem sie mit vordefinierten Parametern beginnen, aus denen neue chemische Einheiten durch zuverlässige molekulare Quantenberechnungen und KI-fähige Algorithmen entworfen werden. Dafür werden die im letzten Jahrzehnt im Forschungsteam erzielten Forschungsfortschritte in eine kommerzielle Plattform integriert, die „Chemical Space Machine“. In den nächsten 18 Monaten wird das Forschungsteam die Entwicklung einer Testversion einer „Chemical Space Machine“ abschließen und die potenzielle Vermarktungsstrategie festlegen.
„Neuere Forschungsarbeiten auf unserem Gebiet ermöglichen die zweckmäßige Suche nach neuartigen Molekülen in riesigen chemischen Räumen. Jetzt sind wir bereit, diese Technologie zur Beantwortung von Fragen zum molekularen Design in der chemischen und pharmazeutischen Industrie einzusetzen. Wir werden mit unseren Industriepartnern zusammenarbeiten, um die ‚Revolution der Entdeckung chemischer Stoffe‘ zu ermöglichen“, sagt Prof. Alexandre Tkatchenko.
„Der ERC-POC-Zuschuss zur Entwicklung einer neuartigen Plattform für die Entdeckung chemischer Stoffe zeigt die hohe Qualität der Forschungsarbeit der Universität in strategischen Bereichen wie Chemie und künstliche Intelligenz. Wir gratulieren Alexandre Tkatchenko zu diesem Erfolg“, sagt Prof. Stéphane Pallage, Rektor der Universität.
„Dieser POC-Zuschuss ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie exzellente Grundlagenforschung zu hochinnovativen Anwendungen führen kann, die sich transformativ auf Schlüsselindustrien auswirken können“, sagt Prof. Jean-Marc Schlenker, Dekan der Fakultät für Wissenschaft, Technologie und Medizin.
Herstellung über Jahre
Proof-of-Concept-Zuschüsse (POC-Zuschüsse) werden an zukunftsorientierte Forschungsprojekte vergeben, die kommerzialisiert werden können, und unterstützen Wissenschaftler bei der Fertigstellung und Vermarktung des Produkts. Der POC-Zuschuss wird nur an Forscher vergeben, die zuvor einen Frontier-Zuschuss erhalten haben, so wie Prof. Tkatchenko 2017 (ERC Consolidator Grant „BeStMo“) für die Untersuchung der komplexen Molekulardynamik.
Durch die Modellierung von Quantenfluktuationen in komplexen Molekularstrukturen entwickelten Prof. Tkatchenko und sein Team im Fachbereich Physik und Materialwissenschaften eine Reihe von Methoden des maschinellen Lernens und der Physik, um Materialien zu modellieren, die aus Tausenden von Atomen bestehen. Mit solchen Methoden können andere Forscher und industrielle Anwender das Verhalten großer Molekularstrukturen mit beispielloser Genauigkeit und Effizienz berechnen und vorhersagen.
Die von Prof. Tkatchenko und seinem Team entwickelten Methoden werden weltweit von Tausenden von Forschern und Unternehmen eingesetzt, um das Verständnis der Eigenschaften und Wechselwirkungen in Molekülen und Materialien zu verbessern.
Die komplette Information der ERC Proof-of-Concept-Stipendien finden Sie auf der Webseite des ERCs.