論文の概要: Computational design of antimicrobial active surfaces via automated Bayesian optimization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.00055v1
• Date: Wed, 31 Aug 2022 18:20:37 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2022-09-02 14:18:36.261050
• Title: Computational design of antimicrobial active surfaces via automated Bayesian optimization
• Title（参考訳）: 自動ベイズ最適化による抗菌活性表面の計算設計
• Authors: Hanfeng Zhai and Jingjie Yeo
• Abstract要約: バイオフィルムは、海洋科学、バイオエネルギー、バイオメディシンといった様々な分野のエンジニアに重大な問題を引き起こす。 われわれのフレームワークは, 応用せん断・振動によるバイオフィルム除去のための理想的なナノ表面生成に成功している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/
• Abstract: Biofilms pose significant problems for engineers in diverse fields, such as marine science, bioenergy, and biomedicine, where effective biofilm control is a long-term goal. The adhesion and surface mechanics of biofilms play crucial roles in generating and removing biofilm. Designing customized nano-surfaces with different surface topologies can alter the adhesive properties to remove biofilms more easily and greatly improve long-term biofilm control. To rapidly design such topologies, we employ individual-based modeling and Bayesian optimization to automate the design process and generate different active surfaces for effective biofilm removal. Our framework successfully generated ideal nano-surfaces for biofilm removal through applied shear and vibration. Densely distributed short pillar topography is the optimal geometry to prevent biofilm formation. Under fluidic shearing, the optimal topography is to sparsely distribute tall, slim, pillar-like structures. When subjected to either vertical or lateral vibrations, thick trapezoidal cones are found to be optimal. Optimizing the vibrational loading indicates a small vibration magnitude with relatively low frequencies is more efficient in removing biofilm. Our results provide insights into various engineering fields that require surface-mediated biofilm control. Our framework can also be applied to more general materials design and optimization.
• Abstract（参考訳）: バイオフィルムは、海洋科学、バイオエネルギー、バイオメディシンなどの様々な分野の技術者にとって重要な問題であり、効果的なバイオフィルム制御が長期的な目標である。 バイオフィルムの接着と表面力学はバイオフィルムの生成と除去に重要な役割を果たしている。 表面トポロジーが異なるカスタマイズされたナノ表面を設計することで、接着性を変化させ、バイオフィルムをより容易に、より長期のバイオフィルム制御を大幅に改善することができる。 このようなトポロジを迅速に設計するために,個々のモデリングとベイズ最適化を用いて設計プロセスを自動化し,有効なバイオフィルム除去のために異なる活性表面を生成する。 応用せん断・振動による生体膜除去のための理想的ナノ表面の創製に成功した。 高度に分布した短柱トポグラフィーはバイオフィルム形成を防ぐための最適形状である。 流動せん断下での最適地形は、高い、細い、柱状の構造をわずかに分配することである。 垂直振動または横振動を受けると、厚い台形の円錐が最適であることが分かる。 振動負荷の最適化は、バイオフィルムの除去において、比較的低い周波数で小さな振動の大きさを示す。 本研究は, バイオフィルムの表面制御を必要とする各種工学分野の知見を提供する。 我々のフレームワークは、より一般的な材料設計と最適化にも適用できる。

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