Konstgjord neural nätverksmodell som används i detta arbete Kredit: ACS Biomaterials Science &Engineering
Forskare vid Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) har använt artificiell intelligens (AI) för att förutsäga graden av vattenavstötning och proteinadsorption av ultratunna organiska material. Genom att möjliggöra exakta förutsägelser om vattenavstötning och proteinadsorption även genom hypotetiska material, teamets tillvägagångssätt öppnar nya möjligheter för screening och design av organiska material med önskade funktioner.
Användning av informatik inom design av oorganiskt material har lett till ökningen av nya typer av katalysatorer, batterier och halvledare. I kontrast, informatikbaserad design av biomaterial (dvs. organiska i motsats till oorganiska fasta material) börjar bara undersökas.
Nu, ett team av forskare vid Tokyo Tech under ledning av docent Tomohiro Hayashi har framgångsrikt gjort inhopp i detta framväxande område. De använde maskininlärning med en artificiell neuralt nätverk (ANN) modell för att förutsäga två nyckelegenskaper-graden av vattenavstötning och affinitet till proteinmolekyler-av ultratunna organiska material som kallas självmonterade monoskikt (SAM). SAMs har använts i stor utsträckning för att skapa organiska modellytor för att utforska interaktionen mellan proteiner och material på grund av deras enkla beredning och mångsidighet.
Genom att utbilda ANN med hjälp av en litteraturbaserad databas med 145 SAM, ANN blev i stånd att förutsäga vattenavstötning (mätt i termer av graden av vattenkontaktvinkel) och proteinadsorption exakt. Teamet fortsatte att demonstrera förutsägelsen av vattenavstötning och proteinadsorption även för hypotetiska SAM.
Prognosresultat för vattenkontaktvinkel och adsorption av fibrinogen. Kredit:Biomaterials Science &Engineering
SAMs är attraktiva för utvecklingen av många applikationer inom organisk elektronik och det biomedicinska området. De två fastigheter som undersöks i studien är av enormt intresse för biomedicinska ingenjörer. "Till exempel, implantatmaterial som har låg vattenkontaktvinkel möjliggör snabb integration med de omgivande hårda vävnaderna, "Säger Hayashi." När det gäller artificiella blodkärl, motståndet mot adsorption av blodproteiner, särskilt fibrinogen, är en kritisk faktor för att förhindra vidhäftning av blodplättar och blodproppar. "
Övergripande, studien öppnar dörren till avancerad material screening och design av SAMs med potentiellt kraftigt reducerade kostnader och tidsskalor.
Forskarna planerar att fortsätta skala upp sin databas och, inom några år, att utöka sitt tillvägagångssätt till att inkludera polymerer, keramik och metaller.
