Et spring fremad for design af biomaterialer ved hjælp af AI

Forskere ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har brugt kunstig intelligens (AI) til at forudsige graden af ​​vandafstødning og proteinadsorption af ultratynde organiske materialer. Ved at muliggøre nøjagtige forudsigelser af vandafstødning og proteinadsorption selv af hypotetiske materialer, teamets tilgang åbner nye muligheder for screening og design af organiske materialer med ønskede funktioner.

Brug af informatik inden for design af uorganisk materiale har ført til stigningen af ​​nye typer katalysatorer, batterier og halvledere. I modsætning, informatikbaseret design af biomaterialer (dvs. organisk i modsætning til uorganiske faststofmaterialer) er kun lige begyndt at blive undersøgt.

Nu, et team af forskere ved Tokyo Tech ledet af lektor Tomohiro Hayashi har med succes gjort indhug i dette nye felt. De brugte maskinlæring med en kunstig neuralt netværk (ANN) model til at forudsige to centrale egenskaber-graden af ​​vandafstødning og affinitet til proteinmolekyler-af ultratynde organiske materialer kendt som selvsamlede monolag (SAM). SAM'er er blevet udbredt til at skabe organiske modeloverflader til at udforske interaktionen mellem proteiner og materialer på grund af deres lette forberedelse og alsidighed.

Ved at oplære ANN ved hjælp af en litteraturbaseret database med 145 SAM'er, ANN blev i stand til at forudsige vandafstødning (målt i form af graden af ​​vandkontaktvinkel) og proteinadsorption præcist. Holdet demonstrerede videre forudsigelsen af ​​vandafstødning og proteinadsorption selv for hypotetiske SAM'er.

SAM'er er attraktive for udviklingen af ​​mange applikationer inden for organisk elektronik og det biomedicinske område. De to ejendomme, der blev undersøgt i undersøgelsen, er af enorm interesse for biomedicinske ingeniører. "For eksempel, implantatmaterialer med lav vandkontaktvinkel muliggør hurtig integration med det omgivende hårde væv, "Siger Hayashi." I tilfælde af kunstige blodkar, modstanden mod adsorption af blodproteiner, især fibrinogen, er en kritisk faktor for at forhindre blodpladeadhæsion og blodpropper. "

Samlet set, undersøgelsen åbner døren til avanceret materialescreening og design af SAM'er med potentielt stærkt reducerede omkostninger og tidsskalaer.

Forskerne planlægger at fortsætte opskalering af deres database og, inden for få år, at udvide deres tilgang til at omfatte polymerer, keramik og metaller.