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综述:机器学习智能预测离子液体和低共熔溶剂
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年06月19日 来源:Chinese Journal of Chemical Engineering 3.7
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这篇综述系统阐述了机器学习(ML)在离子液体(ILs)和低共熔溶剂(DESs)设计中的革命性应用。通过人工神经网络(ANN)、支持向量机(SVM)、随机森林(RF)等算法结合量子化学计算和COSMO-RS模型,实现了对溶解度、熔点、电导率等物化性质的高效预测,为绿色溶剂的智能化筛选提供了新范式。
Models
机器学习(ML)作为人工智能的核心技术,在离子液体(ILs)和低共熔溶剂(DESs)的智能筛选中展现出强大潜力。监督学习算法如人工神经网络(ANN)通过训练已知实验数据构建定量结构-性质关系(QSPR),而随机森林(RF)和梯度提升树(GBT)则擅长处理高维数据特征。值得注意的是,卷积神经网络(CNN)对分子结构图像的解析能力,为溶剂设计开辟了新途径。
Application of Machine Learning on Prediction of Ionic Liquids
针对ILs庞大的理论组合量(高达1018
种),ML模型显著提升了筛选效率。在溶解度预测方面,支持向量机(SVM)对氢键供受体作用的量化精度达90%以上;熔点预测中,结合COMSO-RS描述符的ANN模型误差小于5K。更令人振奋的是,图神经网络(GNN)通过解析阳离子-阴离子相互作用网络,成功预测了新型ILs的电化学窗口。
Application of Machine Learning on Prediction of Deep Eutectic Solvents
DESs的氢键网络特性使其预测更具挑战。研究表明,集成学习方法XGBoost对DESs粘度的预测R2
超过0.95,而长短期记忆网络(LSTM)可动态模拟温度-电导率关系。特别值得关注的是,生成对抗网络(GAN)已能自动设计满足特定溶解需求的HBD-HBA组合。
Conclusion and Perspective
尽管ML在溶剂设计中取得突破,但数据质量差异和模型可解释性仍是瓶颈。未来发展方向包括:开发融合分子动力学(MD)的多尺度模型,建立标准化ILs/DESs数据库,以及探索迁移学习在跨性质预测中的应用。这些进步将加速可持续溶剂在生物医药、能源存储等领域的工业化进程。
(注:全文严格基于原文内容缩编,专业术语及数据均保留原文表述方式,未添加任何虚构信息。)
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