Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) usaram inteligência artificial (IA) para prever o grau de repulsão de água e adsorção de proteína por materiais orgânicos ultrafinos. Ao permitir previsões precisas de repulsão de água e adsorção de proteínas, mesmo por materiais hipotéticos, a abordagem da equipe abre novas possibilidades para a seleção e design de materiais orgânicos com as funções desejadas.

O uso da informática no campo do design de materiais inorgânicos levou ao surgimento de novos tipos de catalisadores, baterias e semicondutores. Em contraste, projeto de biomateriais com base em informática (ou seja, orgânicos em oposição a materiais inorgânicos em estado sólido) está apenas começando a ser explorado.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Tokyo Tech liderada pelo professor associado Tomohiro Hayashi fez incursões com sucesso neste campo emergente. Eles usaram o aprendizado de máquina com um modelo de rede neural artificial (ANN) para prever duas propriedades-chave - o grau de repulsão de água e afinidade às moléculas de proteína - de materiais orgânicos ultrafinos conhecidos como monocamadas automontadas (SAMs). SAMs têm sido amplamente usados ​​para criar superfícies orgânicas modelo para explorar a interação entre proteínas e materiais devido à sua facilidade de preparação e versatilidade.

Ao treinar a RNA usando um banco de dados baseado na literatura de 145 SAMs, a ANN tornou-se capaz de prever a repulsão da água (medida em termos do grau do ângulo de contato da água) e a adsorção da proteína com precisão. A equipe passou a demonstrar a previsão de repulsão de água e adsorção de proteínas, mesmo para SAMs hipotéticos.

Os SAMs são atraentes para o desenvolvimento de muitas aplicações em eletrônica orgânica e no campo biomédico. As duas propriedades investigadas no estudo são de enorme interesse para engenheiros biomédicos. "Por exemplo, materiais de implante que exibem baixo ângulo de contato com a água permitem uma integração rápida com os tecidos duros circundantes, "Hayashi diz." No caso de vasos sanguíneos artificiais, a resistência à adsorção de proteínas do sangue, em particular fibrinogênio, é um fator crítico para prevenir a adesão de plaquetas e coagulação do sangue. "

Geral, o estudo abre as portas para a seleção avançada de materiais e design de SAMs com custos e escalas de tempo potencialmente muito reduzidos.

Os pesquisadores planejam continuar ampliando seu banco de dados e, dentro de alguns anos, para expandir sua abordagem para incluir polímeros, cerâmicas e metais.