ナノ粒子の形状を“動きと光”からAIが判別 ―ブラウン運動軌跡と散乱光ゆらぎの統合解析で非球形ナノ粒子を高精度識別― —

2026-07-07 東京大学

東京大学の研究グループは、ナノ粒子トラッキング法(NTA)で取得されるブラウン運動の軌跡と散乱光強度のゆらぎをAI(深層学習)で統合解析し、液中の非球形ナノ粒子の形状を高精度に識別する手法を開発した。従来のNTA解析は粒子サイズの評価が中心で、形状に関わる情報は十分に活用されていなかった。本研究では、ブラウン運動と散乱光の時系列データを1次元CNNと双方向LSTMを組み合わせたモデルに学習させることで、球状・棒状・板状の金ナノ粒子を3分類で約80%の正答率、2分類では82%以上の識別精度で判別することに成功した。また、約0.2秒分という短時間の観測データや少量サンプルでも高い性能を維持し、実用性の高さを示した。本手法は、既存のNTA装置を活用しながら従来利用されていなかった光学情報を抽出できるため、ナノ医薬品の品質管理、細胞外小胞の特性評価、環境中ナノ粒子のモニタリング、凝集挙動解析など、多様なナノ粒子評価への応用が期待される。

ナノ粒子の形状を“動きと光”からAIが判別 ―ブラウン運動軌跡と散乱光ゆらぎの統合解析で非球形ナノ粒子を高精度識別― —
ナノ粒子の形状を“動きと光”からAIが判別

<関連情報>

統合された運動および散乱シグネチャによる標準ナノ粒子追跡解析に基づく形状分解ナノ粒子解析 Shape-Resolved Nanoparticle Analysis from Standard Nanoparticle Tracking Analysis via Integrated Motion and Scattering Signatures

Hiromi Kuramochi,Keisuke Yamamoto,Kento Toyoda,Yasushi Shibuta,and Takanori Ichiki
ACS Applied Nano Materials  Published: June 19, 2026
DOI:https://doi.org/10.1021/acsanm.6c01701

Abstract

Understanding nanoparticle morphology is essential for elucidating their physical behavior and functional performance. Such morphological characterization of nanoparticles is important for understanding structure–function relationships in colloidal and bionano systems. Here, we present a deep-learning-based framework that enables nanoparticle morphology classification from standard nanoparticle tracking analysis (NTA) data by integrating features derived from single-particle Brownian-motion trajectories and temporal fluctuations in scattered-light intensity. The combined feature representation consistently improved binary (two-category) classification performance across all particle-type combinations, reducing the low-accuracy cases observed in single-feature models and achieving accuracies exceeding 0.82 with 100-frame data. For three-class classification, the per-class correctness averaged approximately 80%. The integrated approach maintained stable performance even with limited particle counts or short data lengths (down to ∼20 frames), underscoring its robustness for practical scenarios such as biomedical diagnostics, rare-material analysis, and environmental nanoparticle monitoring. These capabilities highlight its practical relevance for applications such as extracellular vesicle characterization and nanomedicine quality control. By integrating complementary trajectory- and scattering-intensity-based descriptors, this framework offers a reliable and practical route to scalable, morphology-resolved nanoparticle analysis in liquid media using standard NTA measurements.

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