Warum Molecular Modelling?

Zur Entwicklung neuer Produkte in der Chemischen- und Pharmazeutischen Industrie werden heute in der industriellen Forschung verstärkt Computersimulationsmethoden eingesetzt. Stellvertretend für verschiedene Methoden hat sich der Fachbegriff CAMD oder Molecular Modelling entwickelt.

CAMD steht für Computer Aided Molecular Design und ist von dem Begriff CAD abgeleitet. Während ein Ingenieur heute mit CAD-Methoden neue Werkstücke, Autos, Brücken usw. berechnet, berechnet der Chemiker heute mit der neuen und innovativen CAMD-Methode molekulare Eigenschaften und Strukturen am Computer. Aus den Ergebnissen derartiger Computerberechnungen lassen sich Experimente sehr viel besser und effektiver planen. Die Entwicklungszeiten für neue Materialien, Wirkstoffe und Medikamente werden dadurch deutlich kürzer.

Mit den computergestützten Berechnungen und den Einblicken in die mikroskopisch-molekulare Dimension chemischer Vorgänge lassen sich neue Produkte und Materialien mit Hilfe des Computers wesentlich kostengünstiger entwickeln.

Die Anwendung in der industriellen Forschung

Anwendung finden die Molecular-Modelling-Methoden in den Materialwissenschaften. Sie unterstützen und ermöglichen die Entwicklung neuer

• Reinigungswirkstoffe (Tenside, Emulsionen)
• Additive
• Polymere Katalysatoren
• Lacke, Klebstoffe, Coatings

Ein weiteres Gebiet der Anwendung der Methoden ist die Simulation im Life Science Bereich wie z.B. die Entwicklung neuer

• Pharmazeutika durch Berechnungen von Protein-Wirkstoff-Komplexen und 3D-Proteinstrukturen
• Radiopharmaka
• Implantate und Implantatbeschichtungen durch Berechnungen der Wechselwirkungen zwischen Biomolekülen und Festkörperoberflächen
• Drug Delivery-Systeme
• Antikrebsmedikamente und Wirkstoffe zur Gentherapie durch Berechnungen von DNA-Wirkstoff-Komplexen

Wichtige Methoden des Molecular Modelling

Grundsätzlich gibt es zur Zeit 4 wichtige Molecular Modelling Methoden, die sich in der simulierbaren Systemgröße (Anzahl der Atome, Moleküle usw.) und der Zeitskala auf denen chemische Prozesse dynamisch ablaufen (Femtosekunden – Sekunden) unterscheiden.