Modèle de réseau de neurones artificiel utilisé dans ce travail ACS Science et ingénierie des biomatériaux
Des chercheurs de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech) ont utilisé l'intelligence artificielle (IA) pour prédire le degré de répulsion de l'eau et d'adsorption des protéines par des matériaux organiques ultra-minces. En permettant des prédictions précises de la répulsion de l'eau et de l'adsorption des protéines même par des matériaux hypothétiques, l'approche de l'équipe ouvre de nouvelles possibilités pour le criblage et la conception de matériaux organiques avec les fonctions souhaitées.
L'utilisation de l'informatique dans le domaine de la conception de matériaux inorganiques a conduit à l'émergence de nouveaux types de catalyseurs, batteries et semi-conducteurs. En revanche, La conception informatique des biomatériaux (c'est-à-dire des matériaux organiques par opposition aux matériaux inorganiques à l'état solide) commence tout juste à être explorée.
Maintenant, une équipe de chercheurs de Tokyo Tech dirigée par le professeur agrégé Tomohiro Hayashi a réussi à percer dans ce domaine émergent. Ils ont utilisé l'apprentissage automatique avec un modèle de réseau de neurones artificiels (ANN) pour prédire deux propriétés clés - le degré de répulsion de l'eau et l'affinité pour les molécules de protéines - des matériaux organiques ultra-minces connus sous le nom de monocouches auto-assemblées (SAM). Les SAM ont été largement utilisées pour créer des surfaces organiques modèles afin d'explorer l'interaction entre les protéines et les matériaux en raison de leur facilité de préparation et de leur polyvalence.
En formant l'ANN à l'aide d'une base de données bibliographique de 145 SAM, l'ANN est devenu capable de prédire avec précision la répulsion de l'eau (mesurée en termes de degré d'angle de contact avec l'eau) et l'adsorption des protéines. L'équipe a ensuite démontré la prédiction de la répulsion de l'eau et de l'adsorption des protéines, même pour des SAM hypothétiques.
Résultats de prédiction de l'angle de contact avec l'eau et de l'adsorption du fibrinogène. Crédit :Science et ingénierie des biomatériaux
Les SAM sont attractifs pour le développement de nombreuses applications en électronique organique et dans le domaine biomédical. Les deux propriétés étudiées dans l'étude sont d'un énorme intérêt pour les ingénieurs biomédicaux. "Par exemple, les matériaux d'implant qui présentent un faible angle de contact avec l'eau permettent une intégration rapide avec les tissus durs environnants, " dit Hayashi. " Dans le cas des vaisseaux sanguins artificiels, la résistance à l'adsorption des protéines sanguines, en particulier le fibrinogène, est un facteur critique pour empêcher l'adhésion des plaquettes et la coagulation du sang. »
Globalement, l'étude ouvre la porte au criblage avancé des matériaux et à la conception de SAM avec des coûts et des délais potentiellement considérablement réduits.
Les chercheurs prévoient de continuer à étendre leur base de données et, d'ici quelques années, d'élargir leur approche aux polymères, céramiques et métaux.
