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准确率达95%,混合深度学习搜索纳米生物材料,登Nature子刊

时间:2024-12-15 08:45:56 391浏览 收藏

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利用AI加速超分子肽基材料发现:深度学习模型预测自组装效率

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超分子肽基材料在纳米技术和医学领域展现出巨大潜力,但其复杂的序列-组装关系一直是制约其应用的瓶颈。传统的实验方法耗资巨大,限制了这类材料的开发速度。

为此,克罗地亚里耶卡大学的研究人员开发了一种基于机器学习的生成模型,用于高效预测肽的自组装倾向。该模型结合了循环神经网络 (RNN) 和元启发式算法,能够在庞大的序列空间中快速识别具有高自组装潜力的肽序列。

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该模型利用氨基酸、二肽和三肽的聚集倾向(AP)分数以及其他物理化学性质作为输入特征,经过训练后,准确率高达81.9%,F1得分达到0.865。分子动力学模拟和实验验证结果表明,该模型的预测精度在80-95%之间,显著优于现有技术。

![图片](https://image.jiqizhixin.com/uploads/editor/5dbc64c0-5b6d-4981-82b3-5edea924e550/640.png)

研究人员训练了五个不同的RNN模型,并通过滑动窗口机制处理不同长度的肽序列。模型的输出用于指导基于搜索的遗传算法,从而生成具有高自组装倾向的新肽序列。

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该研究成果发表在《Nature Machine Intelligence》期刊上,题为“Reshaping the discovery of self-assembling peptides with generative AI guided by hybrid deep learning”。 研究表明,该模型能够有效地识别具有高自组装潜力的肽序列,为加速新型超分子肽基材料的发现提供了强有力的工具,并有望显著降低研发成本,推动该领域的发展。

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通过实验验证,该模型预测的肽的自组装能力与实验结果高度吻合,准确率超过现有方法25%到35%。这表明该模型成功地捕捉了实验数据中蕴含的自组装规律,为未来智能化材料发现提供了新的方向。
这项研究为加速新材料的发现提供了新的范例,并预示着人工智能在材料科学领域的巨大应用潜力。

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