I ricercatori del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech) hanno utilizzato l'intelligenza artificiale (AI) per prevedere il grado di repulsione dell'acqua e l'assorbimento di proteine ​​da parte di materiali organici ultrasottili. Consentendo previsioni accurate della repulsione dell'acqua e dell'assorbimento di proteine ​​anche da parte di materiali ipotetici, l'approccio del team apre nuove possibilità per lo screening e la progettazione di materiali organici con le funzioni desiderate.

L'utilizzo dell'informatica nel campo della progettazione di materiali inorganici ha portato alla nascita di nuovi tipi di catalizzatori, batterie e semiconduttori. In contrasto, La progettazione di biomateriali basata sull'informatica (cioè i materiali organici in contrapposizione ai materiali inorganici allo stato solido) sta appena iniziando ad essere esplorata.

Ora, un team di ricercatori della Tokyo Tech guidato dal Professore Associato Tomohiro Hayashi si è fatto strada con successo in questo campo emergente. Hanno utilizzato l'apprendimento automatico con un modello di rete neurale artificiale (ANN) per prevedere due proprietà chiave, il grado di repulsione dell'acqua e l'affinità per le molecole proteiche, di materiali organici ultrasottili noti come monostrati autoassemblati (SAM). I SAM sono stati ampiamente utilizzati per creare superfici organiche modello per esplorare l'interazione tra proteine ​​e materiali grazie alla loro facilità di preparazione e versatilità.

Addestrando la ANN utilizzando un database basato sulla letteratura di 145 SAM, la RNA è diventata in grado di prevedere con precisione la repulsione dell'acqua (misurata in termini di grado di angolo di contatto con l'acqua) e l'assorbimento delle proteine. Il team ha continuato a dimostrare la previsione della repulsione dell'acqua e dell'assorbimento delle proteine ​​anche per ipotetici SAM.

I SAM sono attraenti per lo sviluppo di molte applicazioni nell'elettronica organica e nel campo biomedico. Le due proprietà indagate nello studio sono di enorme interesse per gli ingegneri biomedici. "Per esempio, i materiali dell'impianto che mostrano un angolo di contatto con l'acqua basso consentono una rapida integrazione con i tessuti duri circostanti, " Hayashi dice. "Nel caso di vasi sanguigni artificiali, la resistenza all'assorbimento delle proteine ​​del sangue, in particolare fibrinogeno, è un fattore critico per prevenire l'adesione piastrinica e la coagulazione del sangue".

Globale, lo studio apre le porte allo screening avanzato dei materiali e alla progettazione di SAM con costi e tempi potenzialmente notevolmente ridotti.

I ricercatori intendono continuare ad ampliare il loro database e, nel giro di pochi anni, espandere il loro approccio per includere polimeri, ceramiche e metalli.