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自ChatGPT-4的横空出世以来,“AI+”的概念始终是热门话题,而2024诺贝尔物理学奖和化学奖双双花落人工智能,更为AI+BIO添了一把火。

 

那么AI能否用于预测、优化和设计新材料?包括自然界中没有的分子结构的材料?

 

针对高净值材料与大宗材料这两大材料类型,我们分别选取了两个应用领域进行介绍,他们有的已经率先应用AI工具,并涌现出首批AI平台企业和商业化应用案例。

 

医用生物材料 AI已获广泛认可

 

医学是生物材料价值最高的用途之一,也是最早的生物材料+AI受益者。

 

用于材料设计的AI方法已经在为该领域的公司带来红利,这也得益于医疗植入物都有一套严格的审核标准。

 

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首先是生物相容性,该材料不能被身体视为外来材料而排斥;其次是蛋白质与其表面的粘附程度,也就是蛋白质吸附。

 

其中定量构效关系(QSAR)模型是一个典型的机器学习案例,已被广泛应用于预测或重建可生物降解聚合物的蛋白质吸附和生物相容性。

 

具体到应用上,3D打印植入物是潜力领域。

 

用于3D打印植入物的材料不仅具有生物相容性和蛋白质吸引力,而且还具有“可打印”性:材料要足够,可以挤出和分配。

 

而基于AI的3D打印技术可以用于制造3D解剖模型或植入物,完美重现受损组织和器官的微观解剖结构,减少手动干预,提高手术准确性和组织再生效率。

 

通过机器学习技术优化3D打印参数(如打印速度、分配压力和喷嘴直径),也有助于制造更逼真的手术前模型和复杂的器官结构。

 

在商业应用上,瑞士RegenHU的3D生物打印机就搭载有AI,从设计、布局到控制打印位置、多材料打印顺序,只需3步即可构建属于用户的三维生物模型。

 

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还有专门为齿科3D打印领域提供AI解决方案的Oqton,通过RPD支架自动分区功能,大大节省了牙科技师的时间,使3D打印的流程更加简化。

 

 

生物基聚合物 第一批平台型企业涌现

 

在大宗材料领域,AI 能够帮助识别符合某种严格标准的新生物材料,这对于化石产品转向生物基替代品而言至关重要。
生物基聚合物是能从AI中受益的主要领域。
AI在预测其强度、保温性和可降解性方面的速度都要比实验室测试快得多,甚至AI模型还能进行经济评估,帮助研究人员确定哪些材料的成本最低,值得投入大规模生产。
全球Iass龙头TNS集团就有一个名为polySCOUT的聚合物设计定制平台,该平台已经成功帮助荷兰Senbis公司开发了一种用于纺织纤维的可生物降解聚酯。

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2024年,还出现了专门的AI+聚合物平台型企业Matmerize,该公司孵化自佐治亚理工学院团队,目前已与韩国巨头CJ集团开始了材料设计合作。
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据悉,双方通过Matmerize的材料设计AI平台PolymRize发现了一种在土壤和海洋中自然降解的 PHA,与传统方法相比具有时间和成本优势。

 

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