《面向生命健康的智能生物分析化学》课件

生命系统：具有多层次结构的高度复杂体系分子细胞生物体复杂组织、器官及系统生物学研究进入单细胞、单分子研究阶段现有分析手段难以进行复杂单细胞、单分子研究新兴单细胞、单分子研究工具质谱X射线光镊……高时空分辨率、高灵敏度、高通量的检测工具单分子荧光纳米孔隧穿传感冷冻电镜海量生物数据高维、非线性关系准确性高效性人工智能的优势快速处理和分析数据高精度预测、分类准确性高效性创新性人工智能的优势快速处理和分析数据高精度预测、分类挖掘传统方法难以发现的模式，提供新的研究切入点“人工智能+科学”正在成为新的研究范式2024年诺贝尔物理学奖——基于统计物理提出人工智能计算的基础2024年诺贝尔化学奖——基于AlphaFold2的蛋白质设计和结构预测智能生物分析化学在生命健康领域的应用AI+生物医药靶点发现药物设计药物筛选AI+医疗诊断智能辅助诊断智能辅助手术智能辅助医疗AI+健康监测疾病预测与评估实时生理监测个性化健康管理基于智能计算的生物分析化学工具智能传感器件的生物医学应用自动化平台与人工智能的纳米药物开发一二三主要内容一基于智能计算的生物分析化学工具限制带宽，包括灵敏度、时空间分辨率、视野分析性能受到随机噪声的限制SPR是无标记分子分析的标准技术表面等离子体成像技术SPR是无标记分子分析的标准技术对金属表面的电介质折射率变化非常敏感，通过检测共振角偏移或反射光强变化实时反映分析物的质量密度信息具有灵敏度高、无标记等优势，是分子结合动力学分析的标准技术SPR是无标记分子分析的标准技术基于光与分子的直接相互作用，提供分子本征信息局限性：光散射信号微弱干涉散射成像技术：瑞利散射图像模糊与失真的问题空间分辨率不足与各向异性旋转照明与全息数值重建超分辨成像方位角扫描样机构建：旋转照明、相位调节、同步采集、重建算法图像重建散射信号微弱灵敏度限制信噪比：光散粒噪声的根本限制，来自于光的量子性质𝑆�=��������������

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�平面内散射表面等离子体平面内散射效应���

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��)�� ��积分成像灵敏度优化：波导设计波导结构极大提高了积分成像灵敏度提高灵敏度与时空间带宽深度学习辅助提高成像性能20nm

30nm50nm100nm

150nm不同粒径聚苯乙烯纳米颗粒的原始图像与积分图像积分图像信号强度与颗粒粒径的标定曲线以4种不同分子量的蛋白分子为例，建立标准曲线氨基酸折射率接近，散射信号与质量具有强相关性单分子成像能力实现分子相互作用的宏观尺度与微观尺度动力学分析PIM：多重标志物动态单分子分析通过InM信号强度区分CEA（200kDa）与IgM（800kDa）的结合信号，提高在混合样品中多重检测能力通过单分子结合寿命区分特异性结合与非特异性干扰，排除非特异性结合的干扰检测下限（LoD）：0.1pMPIM：超微粒（supermere）分析Supermere：细胞外颗粒（<30nm），具有潜在的疾病检测与治疗靶点二智能传感器件的生物医学应用原位灵敏分析和高效调控生物界面无光刻胶的光刻技术：直接光刻图案化hν可溶不溶3D半导体无机材料界面：双光子成“键”技术生物/光电界面的光学、电学耦合动物特定区域血氧饱和度实时监测神经刺激的高效生物界面电容调控光电容器件心脏起搏与视神经刺激三自动化平台与人工智能的纳米药物开发Kabachnik-Fields反应的组合化学合成及人工智能辅助的筛选基于机器学习模型预测了各个组分的top结构，得到了12种新型可电离阳离子脂质结构，最终确定A16B23C9为最优结构分子自动化纳米药物合成、表征与