전 세계 모든 Schrödinger 사무소는 휴식과 재충전을 위한 전사적 조치의 일환으로 8월 17일부터 21일까지 일주일간 휴무합니다. 이 기간 동안 문의에 대한 답변이 제한될 수 있으니 양해 부탁드립니다. 과학 및 기술 지원팀 직원들은 긴급 지원 문의에 한해 대응할 예정입니다.

제형 설계를 위한 고급 머신러닝 및 분자 시뮬레이션

개요

복잡한 화학 혼합물, 즉 제형은 석유·가스 분야의 가솔린 혼합물, 소비재 분야의 일상 관리 제품, 제약 분야의 약물 전달 등 광범위한 분야에서 사용됩니다. 잠재적인 제형의 수가 방대하고, 규제 요건이 지속적으로 변화하며, 친환경적이고 지속 가능한 제품에 대한 소비자 수요가 증가함에 따라, 향상된 제형을 설계하기 위한 혁신적이고 비용 효율적인 솔루션이 필요합니다. 원자 수준 모델링 및 기계 학습( 머신러닝 , ML) 분야의 최신 발전 덕분에 수많은 제형 후보를 컴퓨터를 통해 선별할 수 있게 되었으며, 이를 통해 유망한 제형을 신속하게 식별하고 비용이 많이 드는 실험을 줄일 수 있게 되었습니다.

Schrödinger의 ‘Formulation 머신러닝 ’ 도구는 데이터 기반 방법을 활용하여 원료의 구조 및 조성물과 제형 특성을 연관 짓습니다. 이 도구는 첨단 화학정보학 표현자 과 자동 하이퍼파라미터 튜닝을 통해 최적의 머신러닝(ML) 모델을 찾아내며, 실험이나 고처리량 분자 동역학( 분자동역학 , MD) 계산에서 도출된 외부 특징(예: 온도, 압력)을 ML 모델의 추가 입력으로 활용할 수 있게 해줍니다. Formulation ML 도구를 통해 R&D 팀은 ML 모델을 신속하게 훈련 및 배포하여, 화학 성분, 조성 및 외부 특징을 변화시킴으로써 제형의 광범위한 설계 공간을 빠르게 탐색할 수 있습니다.

Schrödinger 제형 스크리닝 기술의 장점

  • 효율적인 ML 모델 구축 및 데이터 생성: 딥러닝 기술을 활용하여 제형 특성을 예측할 수 있는 정확한 ML 모델을 구축하고, 이를 분자 동역학(MD) 시뮬레이션과 결합하여 물리적으로 의미 있는 표현자 를 생성함으로써 ML 모델의 정확도를 향상시킵니다.
  • 확장성: 머신러닝을 통해 100개 이상의 성분으로 구성된 혼합물에 대해 모델 훈련 및 평가를 수행할 수 있으며, 이를 통해 단순한 혼합물을 넘어 향상된 특성을 지닌 복잡한 혼합물을 설계할 수 있는 능력을 확장합니다.
  • 자동화: 자동 하이퍼파라미터 튜닝을 통해, 머신러닝 전문 지식이 거의 필요 없이 전문적인 화학정보학 표현자 을 활용하여 정확한 머신러닝 모델을 개발할 수 있습니다.
  • 신속한 스크리닝 능력: 머신러닝(ML)은 1초도 채 걸리지 않는 시간 내에 예측 결과를 도출할 수 있으며, 이를 통해 분에서 시간 단위로 약 10만 개의 제형을 스크리닝할 수 있습니다.
  • 전담 지원: Schrödinger 의 과학 전문가들로 구성된 전담 지원팀이 사용자가 계산 도구를 자신의 응용 분야에 적용할 수 있도록 도와드립니다.
  • 다중 플랫폼 지원: 노트북, 데스크톱 및 고성능 클러스터에서 사용할 수 있습니다.

다양한 산업 분야의 적용 사례

소비자 제품

포장재에는 무작위 공중합체 시스템이 자주 사용되며, 유리전이온도( 유리 전이 온도 ,Tg)는 온도에 따른 고분자의 유리화 거동( 안정성 )을 결정하는 중요한 매개변수이다. ‘Formulation ML’ 모델은 365개의 사례에 대해Tg를 정확하게 예측할 수 있으며, 테스트 세트의 결정계수(R²)는 0.97이다.²

에너지 저장

액체 전해질은 양극과 음극 사이의 전하 이동을 원활하게 하기 위해 배터리에서 흔히 사용되며, 점도는 이온이 전해질 용액을 통해 얼마나 쉽게 이동할 수 있는지를 결정하는 중요한 매개변수입니다. 포뮬레이션 ML은 약 34K개의 예시 데이터를 바탕으로 온도에 따른 점도를 정확하게 예측할 수 있으며, 테스트 세트의R² 값은 0.96.3입니다.

의약품 제형

용해도 순수 용액 및 이원 혼합 용액에서 약물 분자의 용해도( 용해도 )는 제약 제형의 약물 전달 응용 분야에서 매우 중요합니다. 제형 머신러닝(Formulation ML)은 약 27K개의 예시를 바탕으로 순수 용액이나 이원 혼합 용액 모두에 대해 온도에 따른 약물의 용해도를 정확하게 예측할 수 있으며, 이를 통해 테스트 세트R² 값 0.93을 달성합니다.⁴

석유 및 가스

탄화수소 혼합물은 휘발유 배합에 있어 매우 중요한 역할을 하며, 자동차 엔진의 효율적인 연소를 돕는데, 모터 옥탄수(MON)는 외부 압력 하에서 연료의 거동을 측정하는 중요한 매개변수이다. ML 모델은 순수(단일) 성분 시스템부터 120개 성분까지 다양한 성분 수를 가진 약 700개의 예시를 바탕으로 MON을 정확하게 예측할 수 있으며, 이를 통해 테스트 세트R² 값 0.79.5를 달성한다.

자세한 내용은 튜토리얼에서 확인하세요 (참고: 튜토리얼을 이용하려면 웹 계정이 필요합니다).

참고 문헌

  1. 고처리량 분자 시뮬레이션 및 머신러닝 를 활용한 화학 혼합물 설계

    Alex, C. 외. npj Comput Mater 11, 72, 2025, https://doi.org/10.1038/s41524-025-01552-2.

  2. 무작위 공중합체의 유리 전이 온도 : 1. 실험 데이터와 고든-테일러 방정식

    Penzel, E. 외. Polymer, 38.2, 1997, 325-337.

  3. 머신러닝 이원 액체 혼합물의 점도를 예측하기 위해

    Bilodeau, C. 외. Chemical Engineering Journal, 464, 2023, 142454.

  4. 다음 방법을 사용하여 다양한 온도에서 이원 용매 혼합물 내 약물 용해도 의 예측을 위한 머신러닝

    Bao, Z. 외. J Cheminform 16, 117, 2024, https://doi.org/10.1186/s13321-024-00911-3.

  5. 인공지능을 활용한 연료 혼합비 설계

    Kuzhagaliyeva, N. 외. Communications Chemistry, 5.1, 2022, 111.

조직의 요구 사항을 충족시키는 소프트웨어 및 서비스

소프트웨어 플랫폼

물리 기반 분자모델링, 머신러닝 및 팀 협업을 기반으로 한 포괄적이고 사용자 친화적인 플랫폼을 통해 디지털 물질 탐색 워크플로를 구축하십시오.

모델링 서비스

Schrödinger의 전문 계산 과학자들의 역량을 활용하여 귀사의 신소재 발굴 및 개발 과정의 핵심 단계에서 지원을 받으십시오.

지원 및 교육

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