Modelo de red neuronal artificial utilizado en este trabajo Crédito: Ciencia e ingeniería de biomateriales ACS
Investigadores del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) han utilizado inteligencia artificial (IA) para predecir el grado de repulsión del agua y adsorción de proteínas por materiales orgánicos ultrafinos. Al permitir predicciones precisas de repulsión de agua y adsorción de proteínas incluso con materiales hipotéticos, El enfoque del equipo abre nuevas posibilidades para la selección y el diseño de materiales orgánicos con las funciones deseadas.
El uso de la informática en el campo del diseño de materiales inorgánicos ha llevado al surgimiento de nuevos tipos de catalizadores, baterías y semiconductores. A diferencia de, El diseño de biomateriales basado en la informática (es decir, materiales orgánicos en oposición a inorgánicos en estado sólido) apenas está comenzando a explorarse.
Ahora, un equipo de investigadores de Tokyo Tech dirigido por el profesor asociado Tomohiro Hayashi ha logrado avances en este campo emergente. Utilizaron el aprendizaje automático con un modelo de red neuronal artificial (ANN) para predecir dos propiedades clave (el grado de repulsión del agua y la afinidad por las moléculas de proteínas) de materiales orgánicos ultrafinos conocidos como monocapas autoensambladas (SAM). Los SAM se han utilizado ampliamente para crear modelos de superficies orgánicas para explorar la interacción entre proteínas y materiales debido a su facilidad de preparación y versatilidad.
Al capacitar a la ANN utilizando una base de datos basada en la literatura de 145 SAM, la ANN se volvió capaz de predecir con precisión la repulsión del agua (medida en términos del grado de ángulo de contacto del agua) y la adsorción de proteínas. El equipo continuó demostrando la predicción de la repulsión del agua y la adsorción de proteínas incluso para SAM hipotéticos.
Resultados de la predicción del ángulo de contacto con el agua y la adsorción de fibrinógeno. Crédito:Ciencia e Ingeniería de Biomateriales
Los SAM son atractivos para el desarrollo de muchas aplicaciones en la electrónica orgánica y el campo biomédico. Las dos propiedades investigadas en el estudio son de enorme interés para los ingenieros biomédicos. "Por ejemplo, Los materiales de implante que exhiben un ángulo de contacto de agua bajo permiten una rápida integración con los tejidos duros circundantes, "Dice Hayashi." En el caso de los vasos sanguíneos artificiales, la resistencia a la adsorción de proteínas sanguíneas, en particular fibrinógeno, es un factor crítico para prevenir la adhesión de plaquetas y la coagulación de la sangre ".
En general, El estudio abre la puerta a la detección avanzada de materiales y al diseño de SAM con costos y escalas de tiempo potencialmente reducidos.
Los investigadores planean continuar ampliando su base de datos y, en algunos años, para expandir su enfoque para incluir polímeros, cerámicas y metales.
