Alat baru sains data yang digunakan untuk menangkap molekul tunggal dalam aksi – Sains Terkini


Dalam kimia SMA, kita semua belajar tentang reaksi kimia. Tapi apa yang menyatukan dua molekul yang bereaksi? Sebagaimana dijelaskan kepada kita oleh Einstein, ini adalah gerakan acak dari molekul inert yang didorong oleh bombardir molekul pelarut. Jika disatukan cukup dekat, secara acak, molekul-molekul ini dapat bereaksi.

Menangkap gerakan molekul tunggal dicapai dengan metode yang dikenal sebagai Fluorescence Correlation Spectroscopy (FCS). Tangkapan? Dibutuhkan sangat banyak pendeteksian partikel cahaya, foton, yang dipancarkan oleh molekul tunggal untuk mendapatkan gambaran yang jelas tentang gerak molekul.

Sebagai ilustrasi, pikirkan jajak pendapat politik. Pada waktu tertentu dalam siklus kampanye, poling digunakan untuk memprediksi hasil pemilu yang akan datang. Tetapi berapa banyak pemilih yang harus kita interogasi untuk mendapatkan prediksi yang akurat dan, mengingat seberapa tinggi informasi polling waktu itu, seberapa cepat kita dapat menyelidiki kecenderungan politik negara? Meminta setiap pemilih di setiap negara bagian akan memberikan hasil yang akurat tetapi terlalu mahal dalam waktu dan dolar. Untuk alasan praktis, kita perlu mengambil sampel pemilih dan secara efisien mengeksploitasi semua informasi yang terkandung dalam sampel itu. Para pemilih dalam ilustrasi ini adalah foton pepatah kita di sini.

Lama waktu yang dibutuhkan untuk memperoleh data dalam FCS sama seperti strategi polling naif yang disorot sebelumnya. Butuh waktu terlalu lama, dan kimia yang kita pedulikan mungkin sudah dilakukan. Selain itu, mengekspos sampel ke laser untuk jangka waktu yang lama dapat mengakibatkan kerusakan fotokimia molekul yang diteliti, mencegah penggunaan FCS secara luas dalam penelitian biologi.

"Teknik fluoresensi molekul tunggal telah merevolusi pemahaman kita tentang dinamika banyak proses molekuler kritis, tetapi sinyal secara inheren berisik dan eksperimen membutuhkan waktu akuisisi yang lama," jelas Marcia Levitus, seorang profesor di School of Molecular Sciences dan Biodesign Institute.

Karya ini memanfaatkan alat-alat baru dari ilmu data untuk membuat setiap foton terdeteksi dan memperbaiki gambar gerakan molekuler kami.

"Alat matematika baru memungkinkan untuk berpikir tentang eksperimen lama tetapi kuat dalam cahaya baru," kata Steve Pressé, penulis utama studi dan profesor bersama di Departemen Fisika dan Sekolah Ilmu Molekuler di ASU di Arizona State University.

Sebuah makalah yang diterbitkan di Komunikasi Alam oleh Press̩ dan kolaborator sekarang mengatasi masalah ini menggunakan alat-alat dari ilmu data dan, lebih khusus, Bayesian nonparametrics Рsejenis alat pemodelan statistik yang sejauh ini sebagian besar digunakan di luar ilmu alam. Levitus menambahkan, "Strategi lama membatasi kemampuan kita untuk menyelidiki apa pun kecuali proses yang lambat, meninggalkan sejumlah besar pertanyaan biologis menarik yang melibatkan reaksi kimia lebih cepat di luar jangkauan. Sekarang kita dapat mulai mengajukan pertanyaan tentang proses yang diselesaikan dalam waktu singkat."

Referensi:

Material disediakan oleh Universitas Negeri Arizona. Catatan: Konten dapat diedit untuk gaya dan panjangnya.

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.