进化与计算的结合
进化与计算的结合
哥伦比亚科学家用遗传算法设计自组装ssDNA拼接粒子
材料设计领域通常遵守所谓的“爱迪生法”，其实这是指一个不断尝试错误，直至找到正确答案的过程，而不是一种系统的理论方法。有人认为，爱迪生利用当时的理论并付诸于尝试法，是因为当时没有合适的理论。而更好的方案应该是一种先验的方法，即提前把想要的材料属性、相应的结构设计确定下来。
最近，科学家合作开发出一种新的设计方法：把带有单链DNA（ssDNA）接头的胶体通过互补碱基对的结合，自行拼接组装在一起，这种DNA杂交会形成有序的胶体晶体，以此可以得到想要的纳米结构材料。
将设计框架反过来
“DNA拼接纳米粒子的设计很有挑战性，因为许多实验参数在自组装中起着关键作用。”科学家说，“参数空间会变得很大，有很多局部极小值限制，要用尝试法找到参数空间是非常困难的。”遗传算法（GA）则是逆向设计框架，模仿了自然选择的过程，能更系统地搜寻参数空间，使设计过程更有效率。 另一挑战是可靠的推演模型。研究人员从模拟时间、DNA属性、斥力作用和熵限制等多方面考虑，选择了更简单的互补接触模型（CCM），并在模型中加入了新参数，如熵贡献和斥力作用，以使它更完善适用。“CCM在捕捉实验观察主体方面非常成功，能很快算出有效的GA耦合，并在几分钟内对所要求的设计参数做出预测。”科学家说，“胶体大小比例、每个纳米粒子中的DNA接头的数量、想要的晶体结构等，让设计问题变得极为复杂。这些问题很难通过传统途径，如尝试、启发、数学规划等方法来解决。”
