Guided diffusion for inverse molecular design

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作者
Tomer Weiss,Eduardo Mayo Yanes,Sabyasachi Chakraborty,Luca Cosmo,Alex Bronstein,Renana Gershoni‐Poranne
出处
期刊:Nature Computational Science [Nature Portfolio]
卷期号:3 (10): 873-882 被引量:70
标识
DOI:10.1038/s43588-023-00532-0
摘要

The holy grail of materials science is de novo molecular design, meaning engineering molecules with desired characteristics. The introduction of generative deep learning has greatly advanced efforts in this direction, yet molecular discovery remains challenging and often inefficient. Herein we introduce GaUDI, a guided diffusion model for inverse molecular design that combines an equivariant graph neural net for property prediction and a generative diffusion model. We demonstrate GaUDI’s effectiveness in designing molecules for organic electronic applications by using single- and multiple-objective tasks applied to a generated dataset of 475,000 polycyclic aromatic systems. GaUDI shows improved conditional design, generating molecules with optimal properties and even going beyond the original distribution to suggest better molecules than those in the dataset. In addition to point-wise targets, GaUDI can also be guided toward open-ended targets (for example, a minimum or maximum) and in all cases achieves close to 100% validity of generated molecules. GaUDI is a guided diffusion method for the design of molecular structures that features a flexible and scalable target function and that achieves high validity of generated molecules.
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