Statistisk inferens for at efterligne den meget erfarne krystallografs driftsmåde

Et forskerhold fra Japan Science and Technology Agency (JST), RIKEN, og University of Tokyo udviklede en ny dataanalysemetode til forudgående evaluering af enkeltkrystalstrukturanalyse. Deres foreslåede metode er baseret på præcis estimering af en parameter, der er iboende i foreløbigt indsamlede små datasæt. De demonstrerede dets anvendelse til gæsteskelning i vært-gæstekrystaller før enkeltkrystalstrukturanalyse og målingsdesign til præcis krystallografisk observation.

Nylig udvikling af måleenhed og analyseprogram til enkeltkrystalstrukturanalyse er avanceret; dermed, det reducerer forskernes indsats i krystallografisk observation af molekylær struktur. Imidlertid, forskere er nogle gange fanget i "blinde" måling-analyse iterationer, indtil resultatet af analysen er tilfredsstillende i forhold til deres formål. "I næsten alle tilfælde, gentagelserne er tvunget til at blive taget af den ene af to årsager - en observeret struktur er upræcis eller uden for forskningsformålets omfang, " sagde Dr. Manabu Hoshino, en forsker ved JST og RIKEN. Han beskæftigede sig med dette problem for at forbedre effektiviteten af ​​enkeltkrystalstrukturanalyse og opfattede ideen til evaluering af data, der skal indsamles, og struktur, der skal observeres, ud fra foreløbige data. Denne idé blev implementeret i statistisk estimering af en parameter, der er iboende for data sat ved Bayesiansk inferens.

I øvrigt, "Højt erfarne krystallografer omgår gentagelserne med succes ved at vælge en krystal og indstille eksperimentelle betingelser baseret på en omhyggelig kontrol af foreløbigt indsamlede små datasæt, " sagde Hoshino. Yderligere, han fortsatte "I vores metode, en estimeret parameter bruges til at efterligne professionelle krystallografers krystaludvælgelse og måledesign."

Praktisk anvendelighed af deres foreslåede metode blev demonstreret som forudgående skelnen mellem gæsteopløsningsmiddelmolekyler, der skal observeres, inkluderet i en porøs værtskrystal. På grund af isomorfien af ​​krystalstrukturer, der består af et samme værtsmolekyle, forskellen mellem inkluderede gæsteopløsningsmiddelmolekyler afklares normalt først efter at have gennemført krystalstrukturanalyse. Hoshino og hans samarbejdspartnere anvendte deres metode til de foreløbige små datasæt indsamlet fra to vært-gæst-krystaller dyrket fra forskellige blandede opløsningsmiddelopløsninger og viste, at forskellen mellem de estimerede parametre er anvendelig til at skelne gæsteopløsningsmiddelmolekyler i disse krystaller.

I øvrigt, de brugte den estimerede parameter som et middel til at skabe data, der skulle indsamles, ved at anvende dem i teoretiske ligninger, der beskriver krystallografiske data. Den laveste tærskel for signal-til-støj-forhold for kvantitativt at garantere data blev foreslået ud fra de oprettede data. Ja, de indsamlede data, der opfyldte den foreslåede tærskel, muliggjorde præcis krystallografisk observation til undersøgelse af deformation af elektrondensitet ved kemisk binding.

"Vores foreslåede metode vil hjælpe forskere, der har ringe erfaringer med enkeltkrystalstrukturanalyse i aspektet af deres krystaludvælgelse og måledesign, " konkluderede Hoshino. "Jeg tror, ​​at vores metode vil opmuntre forskere til at udnytte udviklede måleudstyr og analyseprogrammer."