機械学習で結晶構造の予測精度を2倍に向上~医薬品や機能性有機材料の開発を加速する新手法を開発~

2025-10-22 早稲田大学

早稲田大学データ科学センターの谷口卓也准教授らの研究チームは、有機分子の結晶構造予測(CSP)の精度を2倍に高める新手法「SPaDe-CSP」を開発した。機械学習を用いて予測初期段階で有望な空間群と結晶密度候補を抽出し、その後ニューラルネットワークポテンシャルで構造最適化を行うワークフローにより、計算コストを大幅に削減。従来のランダム探索に比べ2倍の成功率(約80%)で結晶構造を再現した。本手法は医薬品や有機半導体など、結晶構造制御が性能に直結する分野での応用が期待される。研究成果は英国王立化学会誌『Digital Discovery』に掲載。

機械学習で結晶構造の予測精度を2倍に向上~医薬品や機能性有機材料の開発を加速する新手法を開発~

<関連情報>

機械学習に基づく格子サンプリングと構造緩和による有機分子の結晶構造予測 Crystal structure prediction of organic molecules by machine learning-based lattice sampling and structure relaxation

Takuya Taniguchi and Ryo Fukasawa
Digital Discovery  Published:13 Oct 2025
DOI:https://doi.org/10.1039/D5DD00304K

Abstract

Predicting the crystal structures of organic molecules remains a formidable challenge due to intensive computational cost. To address this issue, we developed a crystal structure prediction (CSP) workflow that combines machine learning-based lattice sampling with structure relaxation via a neural network potential. The lattice sampling employs two machine learning models—space group and packing density predictors—that reduce the generation of low-density, less-stable structures. In tests on 20 organic crystals of varying complexity, our approach achieved an 80% success rate—twice that of a random CSP—demonstrating its effectiveness in narrowing the search space and increasing the probability of finding the experimentally observed crystal structure. We also characterized which molecular and crystal parameters influence the success rate of CSP, clarifying the effectiveness and limitation of the current workflow. This study underscores the utility of combining machine learning models with efficient structure relaxations to accelerate organic crystal structure discovery.

0502有機化学製品
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