Molecular designing of potential environmentally friendly PFAS based on deep learning and generative models

环境友好型 生化工程 计算机科学 生物累积 工作流程 生成语法 纳米技术 人工智能 化学 材料科学 工程类 环境化学 数据库 生物 生态学
作者
Ying Yang,Zeguo Yang,Xudi Pang,Huiming Cao,Yuzhen Sun,Ling Wang,Zhen Zhou,Pu Wang,Y.Y. Liang,Yawei Wang
出处
期刊:Science of The Total Environment [Elsevier]
卷期号:953: 176095-176095 被引量:5
标识
DOI:10.1016/j.scitotenv.2024.176095
摘要

Perfluoroalkyl and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are widely used across a spectrum of industrial and consumer goods. Nonetheless, their persistent nature and tendency to accumulate in biological systems pose substantial environmental and health threats. Consequently, striking a balance between maximizing product efficiency and minimizing environmental and health risks by tailoring the molecular structure of PFAS has become a pivotal challenge in the fields of environmental chemistry and sustainable development. To address this issue, a computational workflow was proposed for designing an environmentally friendly PFAS by incorporating deep learning (DL) and molecular generative models. The hybrid DL architecture MolHGT+ based on heterogeneous graph neural network with transformer-like attention was applied to predict the surface tension, bioaccumulation, and hepatotoxicity of the molecules. Through virtual screening of the PFAS master database using MolHGT+, the findings indicate that incorporating the siloxane group and betaine fragment can effectively decrease both the bioaccumulation and hepatotoxicity of PFAS while preserving low surface tension. In addition, molecular generative models were employed to create a structurally diverse pool of novel PFASs with the aforementioned hit molecules serving as the initial template structures. Overall, our study presents a promising AI-driven method for advancing the development of environmentally friendly PFAS.
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