准确率达 80%,深度学习识别布朗运动中纳米粒子形状
你在学习科技周边相关的知识吗?本文《准确率达 80%,深度学习识别布朗运动中纳米粒子形状》,主要介绍的内容就涉及到,如果你想提升自己的开发能力,就不要错过这篇文章,大家要知道编程理论基础和实战操作都是不可或缺的哦!
编辑 | 绿萝
随着纳米粒子在医疗、制药和工业领域的实际应用,从材料的角度出发需要对每个纳米粒子的性质和团聚状态进行评价并进行质量控制
评估液体中纳米粒子的一种方法是分析布朗运动的轨迹。虽然纳米粒子跟踪分析技术(Nano-tracking analysis,NTA) 是一种用于测量从微观到纳米尺度的单个粒子的简单方法,但它不能评估纳米粒子的形状一直是一个长期存在的问题。NTA 在使用 Stokes-Einstein 方程量化粒子大小时总是假设球形,但无法验证所测量的粒子是否真的是球形的。
东京大学的研究团队提出了一种新的纳米粒子形状各向异性特性评估方法,解决了自爱因斯坦时代以来一直存在的纳米粒子评估问题。
研究人员建立了一个深度学习(DL)模型,利用 NTA 测量获得的布朗运动的时间序列轨迹数据来预测纳米粒子的形状。通过使用集成模型进行轨迹分析,深度学习模型能够对两种尺寸大致相同但形状不同的金纳米粒子实现约 80% 的单粒子分类精度,而传统的 NTA 无法单独区分这两种纳米粒子。
此外,研究显示,可以根据纳米粒子混合样品的测量数据定量估计球形纳米粒子和棒状纳米粒子的混合比例。这个结果表明,通过将动态光散射分析(DL)应用于纳米粒子跟踪分析(NTA)测量,可以评估粒子的形状,而这在以前被认为是不可能的
这项研究在《APL机器学习》上发表,主题为《利用深度学习分析非球形纳米粒子的布朗运动轨迹》
利用光散射和布朗运动的特性,NTA(纳米颗粒跟踪分析)是一种用于测量液体悬浮液中样本粒度分布的检测方法,已被广泛商业应用。NTA使用了爱因斯坦在100多年前提出的理论公式来计算粒子的直径
布朗运动的轨迹反映了粒子形状的影响,但实际上很难测量极快的运动。此外,即使粒子是非球形的,传统的分析方法也不准确,因为它们无条件地假设粒子是球形的,并使用斯托克斯-爱因斯坦方程进行分析。
然而,利用善于在大规模数据中发现隐藏相关性的深度学习,即使测量数据是平均的或包含无法分离的误差,也有可能检测到由形状差异引起的差异。
东京大学的Takanori Ichiki教授领导的研究小组成功地开发了一个深度学习模型。这个模型可以通过测量的布朗运动轨迹数据来识别形状,而不需要改变实验方法。为了同时考虑数据的时间序列变化和与周围环境的相关性,他们将一维卷积神经网络(1D CNN)模型用于提取局部特征,并与具有时间动态聚合能力的双向LSTM模型相结合
形状估计模型的开发通常包括三个阶段:首先是进行原始数据采集的NTA测量,然后是创建用于深度学习的数据集和模型,最后是进行深度学习训练
图示:一维 CNN+Bi-LSTM 深度学习模型的结构。(来源:论文)
研究使用不同轨迹长度(20、40、60、80 和 100 帧的时间序列数据,通过改变四种模型(MLP、LSTM、1D CNN 和 1D CNN+Bi-LSTM)的每帧数的超参数来验证学习的收敛性。
LSTM 和 1D CNN 模型在 100 帧下的准确率都在 80% 以上,这表明通过卷积提取局部特征和时间动态积累都是提取形状特征的有效方法。同时,高精度表明液体中纳米粒子的形状分类已经达到了用 NTA 和 DL 进行单粒子分析的现实水平。
图示:各深度学习模型的形状分类评价指标与帧数的关系。(来源:论文)
经过深度学习分析,我们成功地将液体中的单个纳米粒子按照形状进行了分类,而且准确率非常高,达到了实用水平。同时,在这项研究中,我们还建立了校准曲线,用于确定球形和棒状纳米粒子混合溶液的混合比例。考虑到目前已知的纳米粒子形状类型,我们认为这种方法可以有效地检测纳米粒子的形状
图示:利用微毛细管芯片的粒子分析系统,运用NTA技术从布朗运动的测量结果中获取混合物的粒径分布。(引自:论文)
传统的 NTA 方法不能直接观察到粒子的形状,获得的特征信息有限。使用 DL 方法,即使具有相同水合直径的不同形状的粒子,也可以根据其轨迹将其与混合物区分开来。
在研究中,他们试图确定两种粒子的形状,但考虑到商业上可获得的纳米粒子的形状类型,他们认为这种方法可以用于实际应用,例如检测均匀体系中的异物。NTA 的扩展不仅可以应用于研究,还可以应用于工业领域,例如评价非球形纳米粒子的性质、团聚状态和均匀性,以及质量控制。
研究人员表示:“将粒子的测量对象扩展到各种不同形状和材料,这将是一个有趣的研究方向,并且未来的研究课题将是检验 DL+NTA 方法的适用性。”
特别是,它有望成为在类似于生物体的环境中评估各种生物纳米粒子(如细胞外囊泡)特性的解决方案。它也有可能成为液体中非球形粒子布朗运动基础研究的一种创新方法。
论文链接:https://doi.org/10.1063/5.0160979
参考内容:https://phys.org/news/2023-10-deep-long-standing-identification-nanoparticle.html
理论要掌握,实操不能落!以上关于《准确率达 80%,深度学习识别布朗运动中纳米粒子形状》的详细介绍,大家都掌握了吧!如果想要继续提升自己的能力,那么就来关注golang学习网公众号吧!

- 上一篇
- 长安启源 Q05揭示绿色出行的未来,首次曝光技术细节,预售即将于11月11日开启

- 下一篇
- 英特尔中国发布最新企业社会责任报告:成都工厂清洁能源用电占比达 91%
-
- 科技周边 · 人工智能 | 1小时前 | AI工具
- Midjourney生成图变视频,MJ+Pika动画教程
- 383浏览 收藏
-
- 科技周边 · 人工智能 | 2小时前 | 多模态 AI直播 互动脚本 GoogleGemini Google搜索
- Gemini优化AI直播脚本技巧全解析
- 379浏览 收藏
-
- 科技周边 · 人工智能 | 4小时前 | 腾讯元宝
- 腾讯元宝怎么创建对话机器人
- 261浏览 收藏
-
- 科技周边 · 人工智能 | 4小时前 | 人工智能 AI落地 常州 智能产业大会 吴文俊人工智能科学技术奖
- 第十四届智能大会,AI落地答案揭秘
- 171浏览 收藏
-
- 科技周边 · 人工智能 | 4小时前 |
- GoogleAI视频文案关键词优化技巧
- 291浏览 收藏
-
- 科技周边 · 人工智能 | 5小时前 | AI视频怎么制作
- 用Kdenlive制作AI视频全攻略
- 157浏览 收藏
-
- 科技周边 · 人工智能 | 5小时前 | AI工具 民间故事ai工具
- Inferkit模型如何预测AI民间故事走向
- 327浏览 收藏
-
- 科技周边 · 人工智能 | 6小时前 |
- DeepSeek区块链审计功能详解
- 295浏览 收藏
-
- 科技周边 · 人工智能 | 6小时前 | Midjourney 分辨率 官网下载 Upscale 高清AI图片
- MidJourney高清图片导出教程详解
- 364浏览 收藏
-
- 前端进阶之JavaScript设计模式
- 设计模式是开发人员在软件开发过程中面临一般问题时的解决方案,代表了最佳的实践。本课程的主打内容包括JS常见设计模式以及具体应用场景,打造一站式知识长龙服务,适合有JS基础的同学学习。
- 543次学习
-
- GO语言核心编程课程
- 本课程采用真实案例,全面具体可落地,从理论到实践,一步一步将GO核心编程技术、编程思想、底层实现融会贯通,使学习者贴近时代脉搏,做IT互联网时代的弄潮儿。
- 516次学习
-
- 简单聊聊mysql8与网络通信
- 如有问题加微信:Le-studyg;在课程中,我们将首先介绍MySQL8的新特性,包括性能优化、安全增强、新数据类型等,帮助学生快速熟悉MySQL8的最新功能。接着,我们将深入解析MySQL的网络通信机制,包括协议、连接管理、数据传输等,让
- 499次学习
-
- JavaScript正则表达式基础与实战
- 在任何一门编程语言中,正则表达式,都是一项重要的知识,它提供了高效的字符串匹配与捕获机制,可以极大的简化程序设计。
- 487次学习
-
- 从零制作响应式网站—Grid布局
- 本系列教程将展示从零制作一个假想的网络科技公司官网,分为导航,轮播,关于我们,成功案例,服务流程,团队介绍,数据部分,公司动态,底部信息等内容区块。网站整体采用CSSGrid布局,支持响应式,有流畅过渡和展现动画。
- 484次学习
-
- PandaWiki开源知识库
- PandaWiki是一款AI大模型驱动的开源知识库搭建系统,助您快速构建产品/技术文档、FAQ、博客。提供AI创作、问答、搜索能力,支持富文本编辑、多格式导出,并可轻松集成与多来源内容导入。
- 269次使用
-
- AI Mermaid流程图
- SEO AI Mermaid 流程图工具:基于 Mermaid 语法,AI 辅助,自然语言生成流程图,提升可视化创作效率,适用于开发者、产品经理、教育工作者。
- 1056次使用
-
- 搜获客【笔记生成器】
- 搜获客笔记生成器,国内首个聚焦小红书医美垂类的AI文案工具。1500万爆款文案库,行业专属算法,助您高效创作合规、引流的医美笔记,提升运营效率,引爆小红书流量!
- 1085次使用
-
- iTerms
- iTerms是一款专业的一站式法律AI工作台,提供AI合同审查、AI合同起草及AI法律问答服务。通过智能问答、深度思考与联网检索,助您高效检索法律法规与司法判例,告别传统模板,实现合同一键起草与在线编辑,大幅提升法律事务处理效率。
- 1090次使用
-
- TokenPony
- TokenPony是讯盟科技旗下的AI大模型聚合API平台。通过统一接口接入DeepSeek、Kimi、Qwen等主流模型,支持1024K超长上下文,实现零配置、免部署、极速响应与高性价比的AI应用开发,助力专业用户轻松构建智能服务。
- 1158次使用
-
- GPT-4王者加冕!读图做题性能炸天,凭自己就能考上斯坦福
- 2023-04-25 501浏览
-
- 单块V100训练模型提速72倍!尤洋团队新成果获AAAI 2023杰出论文奖
- 2023-04-24 501浏览
-
- ChatGPT 真的会接管世界吗?
- 2023-04-13 501浏览
-
- VR的终极形态是「假眼」?Neuralink前联合创始人掏出新产品:科学之眼!
- 2023-04-30 501浏览
-
- 实现实时制造可视性优势有哪些?
- 2023-04-15 501浏览