Theoretische Chemie 2016: Multiskalensimulation von Bio- und Biomaterialsystemen

Peter, Christine

doi:10.1002/nadc.20174060619

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“…Whereas microfluidics is optimal for simulating fluid dynamics, and computer‐assisted synthetic planning and biomacromolecular structures can be simulated by force fields, it is still very difficult to describe the properties of a solid surface in contact with an aqueous solution. So‐called “enhanced sampling algorithms” are being developed to cover the typical simulation time scales during which events occur at the interface between hard and soft matter . Multiscale simulation, for example, by coarse‐grained methods, will be needed for the description of specific catalytic turnovers in the context of a mesoscopic cluster confinement and the macroscopic scale of the fluidic system.…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

“…So-called "enhanced sampling algorithms" are being developed to cover the typical simulation time scales during which events occur at the interface between hard and soft matter. [144] Multiscale simulation, for example, by coarse-grained methods,will be needed for the description of specific catalytic turnovers in the context of am esoscopic cluster confinement and the macroscopic scale of the fluidic system. Researchers have begun with the in silico evaluation of complex multienzymatic systems.…”

Section: The Role Of Theorymentioning

confidence: 99%

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Cascades in Compartments: En Route to Machine‐Assisted Biotechnology

et al. 2017

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Biological compartmentalization is a fundamental principle of life that allows cells to metabolize, propagate, or communicate with their environment. Much research is devoted to understanding this basic principle and to harness biomimetic compartments and catalytic cascades as tools for technological processes. This Review summarizes the current state-of-the-art of these developments, with a special emphasis on length scales, mass transport phenomena, and molecular scaffolding approaches, ranging from small cross-linkers over proteins and nucleic acids to colloids and patterned surfaces. We conclude that the future exploration and exploitation of these complex systems will largely benefit from technical solutions for the integrated, machine-assisted development and maintenance of a next generation of biotechnological processes. These goals should be achievable by implementing microfluidics, robotics, and added manufacturing techniques supplemented by theoretical simulations as well as computer-aided process modeling based on big data obtained from multiscale experimental analyses.

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Section: Discussionmentioning

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Section: The Role Of Theorymentioning

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Cascades in Compartments: En Route to Machine‐Assisted Biotechnology

et al. 2017

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“…So genannte "enhanced sampling"-Algorithmen werden entwickelt, um die typischen Zeitskalen abzudecken, in denen die Ereignisse an der Grenzfläche zwischen harter und weicher Materie stattfinden. [144] Multiskalensimulation, z. B. durch "coarse grained"-Methoden, werden fürd ie Beschreibung von typischen katalytischen Umsätzen im Kontext der mesoskopischen Clusterbegrenzung und der makroskopischen Grçßenordnung des fluidischen Systems bençtigt.…”

Section: Die Bedeutung Der Theorieunclassified

“…Während die Mikrofluidik für die Simulation von Strömungsmechanik und rechnergestützter Syntheseplanung optimal ist und biomakromolekulare Strukturen durch Kraftfelder simuliert werden können, ist es noch sehr schwierig, die Eigenschaften einer festen Oberfläche zu beschreiben, die in Kontakt mit einer wässrigen Lösung steht. So genannte “enhanced sampling”‐Algorithmen werden entwickelt, um die typischen Zeitskalen abzudecken, in denen die Ereignisse an der Grenzfläche zwischen harter und weicher Materie stattfinden . Multiskalensimulation, z.…”

Section: Zusammenfassung Und Ausblickunclassified

Kaskaden in Kompartimenten: auf dem Weg zu maschinengestützter Biotechnologie

et al. 2017

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Biologische Kompartimentierung ist ein fundamentales Prinzip des Lebens, das Zellen den Stoffwechsel, die Vermehrung und die Kommunikation mit ihrer Umgebung ermöglicht. Es wird viel am Verständnis dieses grundsätzlichen Prinzips geforscht, um biomimetische Kompartimente und katalytische Kaskaden als Hilfsmittel für den technologischen Fortschritt zu nutzen. Dieser Aufsatz fasst den aktuellen Stand der Entwicklung zusammen und legt besondere Schwerpunkte auf die Größenordnung der Systeme, den Stofftransport und die Anordnung katalytischer Einheiten mithilfe von molekularen Gerüsten. Dabei reicht das Spektrum von kleinen Vernetzern über Proteine und Nucleinsäuren bis zu Kolloiden und strukturierten Oberflächen. Die Schlussfolgerung lautet, dass die zukünftige Erforschung und Anwendung dieser komplexen Systeme stark von technischen Lösungen profitieren wird, die eine integrierte, maschinengestützte Entwicklung und Durchführung einer nächsten Generation biotechnologischer Prozesse ermöglichen. Dieses Ziel sollte durch Implementierung von Mikrofluidik, Robotik und ergänzenden Fertigungsverfahren erreichbar sein und maßgeblich durch Simulationen und computergestützte Prozessmodellierung auf Basis von “Big Data” aus multiskalaren experimentellen Analysen ergänzt werden.

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Theoretische Chemie 2016: Multiskalensimulation von Bio- und Biomaterialsystemen

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Cascades in Compartments: En Route to Machine‐Assisted Biotechnology

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Kaskaden in Kompartimenten: auf dem Weg zu maschinengestützter Biotechnologie

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