Les chimistes du RIKEN ont démontré un moyen puissant de concevoir des molécules pour répondre à des spécifications prédéfinies en l'utilisant pour créer six composés fluorescents. Cette méthode, qui combine l'apprentissage automatique et la chimie quantique, promet de faire gagner beaucoup de temps aux chimistes pour fabriquer et tester des composés en laboratoire.

L'approche conventionnelle de la conception moléculaire consiste à partir d'une molécule qui a des propriétés proches de celles souhaitées, puis à essayer de l'améliorer par essais et erreurs. Cela peut prendre du temps et être aléatoire, car il n'y a aucune garantie que la molécule finale soit la meilleure.

Les chimistes ont longtemps voulu inverser la situation afin de commencer par les propriétés souhaitées, puis de rechercher toutes les molécules possibles pour en trouver une qui corresponde à la facture. Mais une limitation a été que les données n'existent que pour une infime fraction de toutes les molécules.

Maintenant, Masato Sumita du RIKEN Center for Advanced Intelligence Project et ses collègues ont démontré une nouvelle stratégie qui permet de rechercher l'univers des molécules sans avoir à fabriquer chaque composé individuellement.

Ils ont utilisé un générateur de molécules de novo, qui utilise l'apprentissage automatique pour suggérer une molécule en fonction des propriétés souhaitées. Un simulateur effectuant des calculs de chimie quantique a ensuite été utilisé pour prédire les propriétés de la molécule. Le cycle a été répété jusqu'à un temps de calcul spécifié.

Pour démontrer la puissance de cette approche, l'équipe a utilisé sa méthode pour rechercher des molécules qui émettent une lumière fluorescente à des longueurs d'onde visibles à l'œil humain. Après cinq jours de calcul numérique, l'ordinateur a trouvé plus de 3 600 molécules candidates. L'équipe en a sélectionné huit à synthétiser et a découvert que six d'entre eux étaient fluorescents, dont un composé qui n'avait jamais été signalé auparavant.

"C'est la première fois qu'un générateur de molécules de novo combiné à des calculs de chimie quantique est utilisé pour découvrir des molécules fluorescentes", explique Sumita. "J'ai été très surpris du taux de réussite élevé de la méthode :75 % des huit molécules candidates étaient fluorescentes lorsque nous les avons fabriquées en laboratoire."

La recherche d'une molécule fluorescente a été un test rigoureux pour la méthode car, contrairement aux propriétés moléculaires plus simples telles que l'absorption de la lumière, la fluorescence est un processus en plusieurs étapes, ce qui rend difficile la prédiction à partir de la structure moléculaire.

Sumita et son équipe ont publié leurs résultats dans Science Advances . Ils ont maintenant l'intention d'appliquer leur méthode à d'autres propriétés chimiques et d'essayer de l'utiliser pour optimiser plus d'une propriété simultanément. + Explorer plus loin

Technique d'IA restreinte pour ne proposer que des molécules candidates pouvant être produites en laboratoire