Metode accelererer udviklingen af bæredygtige biomaterialer fra år til minutter
En undersøgelse, offentliggjort i Advanced Materials den 6. maj 2024, ledet af VTT's forskere, introducerer en transformativ tilgang, der integrerer syntetisk biologi med avanceret maskinlæring og beregningsteknikker for markant at accelerere udviklingen af nye biomaterialer.
"Ved at udnytte kraften fra AI og syntetisk biologi har vi formået at finjustere og dramatisk fremskynde designprocessen af nye proteinbaserede materialer, hvilket muliggør den hurtige udvikling af biomaterialer med skræddersyede funktionaliteter, og opnår det, der plejede at tage år på blot måneder, med potentiale til yderligere at reducere denne tid til minutter," siger Pezhman Mohammadi, VTT's seniorforsker og leder af undersøgelsen.
Ved at bruge maskinlæringsalgoritmer var VTT's forskerhold i stand til effektivt at gennemsøge tusindvis af proteinstrukturer for at udpege de mest lovende kandidater til laboratoriesyntese.
Accelerering af applikationer med høj efterspørgsel, såsom smarte materialer
De nye højtydende, proteinbaserede biomaterialer, der er udviklet gennem denne metode, forventes at erstatte fossilbaserede materialer og bringe spilskiftende egenskaber til applikationer med høj efterspørgsel, såsom medicinske injicerbare materialer og smarte materialer for at nævne nogle få. Forskningen viste den effektive brug af hybrid biomimetiske og de novo designstrategier, der kombinerer indsigt fra naturens egne designevner for at skabe innovative materialer fra bunden.
"Syntetisk biologi muliggør produktion af komplicerede strukturer, der er til stede i naturen. Gennem denne tilgang kopierer vi ikke kun de ekstraordinære egenskaber af naturlige materialer, men forbedrer dem også til at opfylde specifikke funktionelle behov, og går et skridt ud over evolutionen. Evnen til hurtigt at producere materialer med tilpassede egenskaber åbner nye horisonter for innovation inden for bioteknologi og materialevidenskab," siger Pezhman.
Publikationen i Advanced Materials markerer en væsentlig milepæl inden for det tværfaglige område af materialebioteknologi og viser potentialet i integrerede videnskaber i løsningen af komplekse globale udfordringer.
Forskerholdet, herunder samarbejdspartnere fra VTT, det polske videnskabsakademi, Temple University, Nanyang Technological University og Aalto University, bringer forskellig ekspertise inden for biologi, kemi, fysik, datavidenskab, maskinlæring, AI og beregningsvidenskab. Sammen fortsætter de med at forfine disse innovative teknikker og udvide deres applikationer i den nærmeste fremtid.
"Når vi bevæger os fremad, forestiller vi os, at sammensmeltningen af bioteknologi, bioraffinaderiprocesser, automatisering, syntetisk biologi såvel som maskinlæringens og AI's centrale roller – alt sammen understøttet af biointelligens – vil transformere produktionen dramatisk.
"Denne omfattende tilgang muliggør det hurtige, præcise design og produktion af biomaterialer, der udnytter automatisering til at strømline og skalere operationer effektivt. Konvergens af alle disse teknologier accelererer ikke kun innovation, men muliggør også et radikalt skift mod mere tilpassede, bæredygtige produktionsmetoder på tværs af forskellige sektorer, som tilbyder skræddersyede løsninger med minimal miljøpåvirkning, revolutionerende industripraksis," siger Pezhman.
Undersøgelsen, med titlen "Accelerated Engineering of ELP-Based Materials through Hybrid Biomimetic-De Novo Predictive Molecular Design," viser, hvordan samarbejdet mellem eksperter fra forskellige områder, herunder syntetisk biologi, kunstig intelligens, molekylær dynamik-simulering og mere, har ført til skabelse af nye biomaterialer, der er både bæredygtige og yderst funktionelle.
Flere oplysninger: Timo Laakko et al., Accelerated Engineering of ELP-based Materials through Hybrid Biomimetic-De Novo Predictive Molecular Design, Advanced Materials (2024). DOI:10.1002/adma.202312299
Journaloplysninger: Avanceret materiale
Leveret af VTT Technical Research Center i Finland
Varme artikler
-
Et forsøg foreslået af en ph.d. elev kan omskrive kemi lærebøgerSolvatiserede elektroner (grønne) i hullerne mellem ammoniakmolekyler (blå og hvide) begynder at smelte sammen til et par, efterhånden som en opløsning bevæger sig mod at blive metallisk. Kredit:Ryan -
Træringe bruges til at modvirke smuglerringeDNA-analyse og nær-infrarøde scannere kunne hjælpe toldere med at identificere ulovligt handlet træ. Kredit:Pixabay/ Kytalpa Analyse af regionale forskelle i træets DNA og har givet forskere mulig -
Stabil, selvforstyrrende mikrobobler som intravenøse iltbærereKredit:Wiley Alvorlig iltmangel fører til sidst til hjertestop. Hvis blodets iltindhold ikke hurtigt kan genetableres, patienten kan dø inden for få minutter. I journalen Angewandte Chemie , Ame -
Forskere undersøger strukturen i en nøgleregion af langtidsprotein -telomeraseModel af telomerase katalytisk underenhed af H. polymorpha med fragmenter af telomerase RNA og telomert DNA. Rester, der deltager i bindingen af oligonukleotider, er markeret med rødt i TED-domæne
- Studiet sætter de første germanium-baserede begrænsninger på mørkt stof
- Uber begynder at tilbyde kørsel til lægen
- Sådan beregner du middelværdien af gruppedata
- Six of Swords Tarot Card:Låser vejen til overgang og helbredelse
- Supersimuleringer giver frisk indsigt i serotoninreceptorer
- Hvad er følelser,