Εργαστήριο Υπολογιστικής Φυσικοχημείας

Σύντομη περιγραφή

Το εργαστήριο Υπολογιστικής Φυσικοχημείας, ανήκει στο Τμήμα Μοριακής Βιολογίας και Γενετικής, ΔΠΘ, και έχει αμιγώς ερευνητικό προσανατολισμό. Με υπολογιστικές υποδομές κατάλληλες για την ανάπτυξη εξειδικευμένου λογισμικού για την ανάπτυξη καινοτόμων μεθοδολογιών και υπολογιστικών εργαλείων για την μελέτη βιολογικών και φυσικοχημικών συστημάτων.

Ερευνητικά Ενδιαφέροντα

Το εργαστήριο επικεντρώνεται στην κατανόηση μακροσκοπικών φυσικοχημικών και δυναμικών ιδιοτήτων σύνθετων συστημάτων μέσω της μελέτης των υποκείμενων μοριακών μηχανισμών.

Βασικά εργαλεία αποτελούν η μοριακή προσομοίωση, οι καταστατικές εξισώσεις και η στατιστική μηχανική, με στόχο τη σύνδεση της χημικής σύστασης και της μοριακής δομής με τις μακροσκοπικές ιδιότητες της ύλης. Η ερευνητική προσέγγιση ξεκινά από θεμελιώδη θεωρητικά μοντέλα και φτάνει στην ανάπτυξη εφαρμοσμένων εργαλείων σχεδιασμού υλικών και διεργασιών.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον παρουσιάζει η γεωμετρική (Ευκλείδεια) προσέγγιση της στατιστικής μηχανικής για την περιγραφή αντιστρεπτών και μη αντιστρεπτών διεργασιών.

Αναπτύσσονται καινοτόμες στοχαστικές τεχνικές, όπως η ολοκλήρωση Μαρκοβιανού ιστού, καθώς και πρότυπες μέθοδοι για:

την πρόρρηση μακροσκοπικών ιδιοτήτων
τον υπολογισμό του χημικού δυναμικού (μέθοδος αφαίρεσης σωματιδίου),
τη μοντελοποίηση αλληλεπιδράσεων σε διαχωρισμό πρωτεϊνών,
τη μελέτη υπο-υαλωδών μηχανισμών στο πολυστυρένιο
την αποτίμηση της ελεύθερης ενέργειας μέσω προοδευτικής αποδόμησης του συστήματος.

Παράλληλα, αναπτύσσονται υπολογιστικά εργαλεία βασισμένα σε στατιστική, γεωμετρία και διαφορικές εξισώσεις, τα οποία υποστηρίζουν:

τη μαθηματική μελέτη της μεταφοράς γενετικής πληροφορίας με χρήση της άλγεβρας Shannon,
τον σχεδιασμό βιολογικών ψηφιακών κυκλωμάτων με ενζυμικές αντιδράσεις,
την ανάλυση πρόσδεσης φαρμάκων σε πρωτεΐνες μέσω μεθόδων μέτρησης της προσβάσιμης επιφάνειας,
την εφαρμοσμένη μελέτη φυσικοχημικών διεργασιών όπως η αποθήκευση και μεταφορά CO₂ και NH₃.

Καινοτόμες Υπηρεσίες

Ανάπτυξη εξειδικευμένου λογισμικού για ερευνητικές δράσεις.
Ανάπτυξη προτύπων μεθόδων μοντελοποίησης / μοριακής προσομίοσης
Μελέτες βιολογικών, φυσικοχημικών συστημάτων.

Ερευνητικά Προγράμματα

“Ανάπτυξη και προτυποποίηση καινοτόμου μεθόδου για ταχεία διαφορική διάγνωση και ορθολογική επιλογή εξατομικευμένης θεραπείας στα φλεγμονώδη νοσήματα με βάση την νόσο-ειδική έκφραση κυτταροκινών κατά την NETωση των ουδετερόφιλων του περιφερικού αίματος” GSRT, EYDE-ETAK Research & Innovation Program CYTONET, Grant no: Τ1ΕDΚ-00617.
“InTechThrace: Integrated Technologies in biomedical research: multilevel biomarker analysis in Thrace” μεκωδικό ΟΠΣ (MIS) 5047285 (ΕΣΠΑ 2014-2020).
Το 2017 επισκέφτηκε το εργαστήριο υπολογιστικής Φυσικοχημείας ο Dr. Σ. Ξανθέα μετά από κοινή υποβολή ανταγωνιστικής πρότασής στο πρόγραμμα υποτροφιών για Έλληνες του εξωτερικού Greek Diaspora Fellowship Program (GDFP) του ιδρύματος Σταυρός Νιάρχος.

Δημοσιεύσεις

Boulougouris G.C., Event horizon kinetic Monte Carlo, Journal of Chemical Physics, 2024, 161, 428, 044109
Boulougouris G.C., Accessible Molecular System Creator: Building Molecular Configurations Based on the Inaccessible Molecular Volume and Accessible Molecular Surface via Static Monte Carlo Sampling, Journal of Physical Chemistry B, 2023, 127(44), pp. 9520–9531
Diamataris, I.G., Peristeras, L.D., Papavasileiou, K.D., Melissas, V.S., Boulougouris, G.C., Statistical Inference of Rate Constants in Chemical and Biochemical Reaction Networks Using an “Inverse” Event-Driven Kinetic Monte Carlo Method. Journal of Physical Chemistry B, 2023, 127(42), pp. 9132–9143
Papavasileiou, K. D., Peristeras, L. D., Boulougouris, G. C., Economou, I. G. , “Coarse-Grained Molecular Dynamics Simulation of Cobalt Nanoparticle in the n-Octacosane-Water Mixture: The Effect of Water Concentration and Nanoparticle Size” Journal of Physical Chemistry C, 2022, 126, 32, Pages 13975 – 1398518
D. Ritis, G.C. Boulougouris, “On the hierarchical design of biochemical-based digital computations”, Computers in Biology and Medicine, 2021 , 135,104630.
G.C. Boulougouris, “On the geometrical representation of classical statistical mechanics”, Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment, 2021 (2),023207
K. Konstantinidis, I. Karakasiliotis, K. Anagnostopoulos and G. C. Boulougouris. “On the estimation of the molecular inaccessible volume and the molecular accessible surface of a ligand in protein–ligand systems”,Molecular Systems Design & Engineering, 2021.

Διδακτορικές Διατριβές

Ονοματεπώνυμο	Τίτλος	Επιβλέποντας	Έτος	Κατάσταση
Δημήτρης Ρητής	Υπολογιστική Μοντελοποίηση Βιοχημικών Δικτύων	Μπουλουγούρης Γεώργιος		Ολοκληρωμένο