【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及納米材料高通量生態(tài)風(fēng)險評估，具體地說，尤其涉及一種用于生態(tài)風(fēng)險評估的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法。
技術(shù)介紹
1、人工納米材料的水環(huán)境毒性評估主要沿用了化學(xué)品毒性評估的實驗方法。例如，標(biāo)準(zhǔn)的經(jīng)濟(jì)合作與發(fā)展組織(organization?for?economic?co-operation?anddevelopment，oecd)生態(tài)毒性測試方法，包括藻類生長毒性、大型溞急性毒性和魚類急性毒性等。納米材料被定義為一個或多個外部維度尺寸位于1nm到100nm的材料。由于納米尺寸效應(yīng)，納米材料具有許多獨特的物理化學(xué)性質(zhì)，如比表面積大、表面能高等。
2、這些性質(zhì)既給納米材料帶來許多優(yōu)良的性能，也是影響納米材料毒性的重要因素。納米材料與傳統(tǒng)意義的化學(xué)品不完全相同，例如銀(ag)納米材料不能看作銀(ag)這一種物質(zhì)進(jìn)行毒性評估，因為尺寸、形狀、表面修飾或包覆這些物理化學(xué)性質(zhì)的改變，都可以影響銀(ag)的毒理學(xué)效應(yīng)。僅使用實驗的方法，難以完成所有形態(tài)人工納米材料的毒性評估，需要采用更快速、有效的方法進(jìn)行人工納米材料的毒性評估。
3、計算毒理學(xué)方法，例如定量構(gòu)效關(guān)系(quantitative?structure-activityrelationship，qsar)模型被廣泛用于化學(xué)品的毒性評估。針對納米材料構(gòu)建的qsar模型，被稱為定量納米構(gòu)效關(guān)系(nano-qsar)模型。與qsar類似，nano-qsar也遵循相似的納米材料可能產(chǎn)生相似的生物學(xué)作用的假設(shè)。nano-qsar模型的構(gòu)建依賴編
4、機(jī)器學(xué)習(xí)方法在計算毒理學(xué)中是一項不可或缺的分析手段。近年來，隨著人工智能的發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)算法越來越多地被應(yīng)用到各個方面。然而，對于機(jī)器學(xué)習(xí)模型來說，其是一個黑箱模型，既無法進(jìn)行機(jī)理解釋，并且，現(xiàn)有的機(jī)器學(xué)習(xí)模型大多針對單一物種進(jìn)行構(gòu)建，無法同時預(yù)測多個物種的毒性，因此，很有必要建立預(yù)測效果好，并且可以用于機(jī)理解釋，且能同時預(yù)測多個物種毒性的納米銀毒性預(yù)測模型。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺點和不足，提供一種基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，采用多元線性回歸算法，構(gòu)建多物種納米銀毒性預(yù)測模型，用于納米銀生態(tài)風(fēng)險評估。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案如下：
3、一種基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，包括以下步驟：
4、s1.收集納米銀的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、實驗方法和環(huán)境條件數(shù)據(jù)，獲取包括納米銀的描述符和水生物種毒性數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)集；
5、s2.針對數(shù)據(jù)集存在的缺失值，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，并將數(shù)據(jù)集劃分為訓(xùn)練集和驗證集；
6、s3.構(gòu)建多物種納米銀毒性預(yù)測模型，利用訓(xùn)練集數(shù)據(jù)對多物種納米銀毒性預(yù)測模型進(jìn)行訓(xùn)練，直至多物種納米銀毒性預(yù)測模型擬合穩(wěn)定；
7、s4.將驗證集數(shù)據(jù)輸入多物種納米銀毒性預(yù)測模型，多物種納米銀毒性預(yù)測模型輸出多物種納米銀毒性預(yù)測值，用于評估納米銀生態(tài)風(fēng)險。
8、進(jìn)一步地，納米銀的描述符包括：來源、形狀、表面包覆、直徑、尺寸測試方法、水合尺寸、溶解度、zeta電位、聚合物分散性指數(shù)、ph、溫度、光照、暴露時長、暴露實驗、藻類生長狀態(tài)。
9、進(jìn)一步地，針對數(shù)據(jù)集存在的缺失值，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，具體包括：
10、對于數(shù)值型數(shù)據(jù)，使用平均值取代對應(yīng)描述符的缺失值；
11、對于文字描述型數(shù)據(jù)，采用獨熱編碼將文字描述型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槎诸惖臄?shù)值型數(shù)據(jù)，即轉(zhuǎn)換成1和2，如果存在缺失值，采用數(shù)字3填充。
12、進(jìn)一步地，直徑、水合尺寸、溶解度、zeta電位、聚合物分散性指數(shù)、ph、溫度、光照、暴露時長為數(shù)值型數(shù)據(jù)。
13、進(jìn)一步地，來源、形狀、表面包覆、尺寸測試方法、暴露實驗、藻類生長狀態(tài)為文字描述型數(shù)據(jù)。
14、進(jìn)一步地，歸一化處理公式為：
15、
16、式中，xnorm表示歸一化處理后的值，x表示進(jìn)行歸一化處理的值，xmax表示描述符列的最大值，xmin表示描述符列的最小值。
17、進(jìn)一步地，將歸一化處理后的數(shù)據(jù)集，按照85:15的比例劃分為訓(xùn)練集和驗證集，其中訓(xùn)練集包含162個數(shù)據(jù)，驗證集包含29個數(shù)據(jù)。
18、進(jìn)一步地，采用多元線性回歸算法構(gòu)建多物種納米銀毒性預(yù)測模型，多物種納米銀毒性預(yù)測模型為：
19、log10(ec50)＝-1.16×origin-0.89×shape-0.34×coating+0.20×diameter
20、+0.68×method-0.53×size-1.18×dissolution-1.86×zeta+0.06×pdi-1.10×organism+0.65×ph+1.81×temp-0.20×illumination+0.23×duration+4.43
21、式中，origin表示來源；shape表示形狀；coating表示表面包覆；diameter表示直徑；method表示尺寸測試方法；size表示水合尺寸；dissolution表示溶解度；zeta表示zeta電位；pdi表示聚合物分散性指數(shù)；organism表示物種；ph表示酸堿度；temp表示溫度；illumination表示光照；duration表示暴露時長。
22、一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器中并可在處理器上運行的計算機(jī)程序，處理器執(zhí)行計算機(jī)程序時實現(xiàn)上述任一項所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法的步驟。
23、一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)程序，計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)上述任一項所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法的步驟。
24、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點和有益效果：
25、1.本專利技術(shù)可以通過納米銀的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、擬實驗方法和環(huán)境條件數(shù)據(jù)，快速預(yù)測納米銀藻類、大型溞和魚類的毒性，并且由于具有具體的公式，還可以為預(yù)測提供可靠的機(jī)理揭示，方法不僅簡單快捷、成本低廉，而且節(jié)省了實驗測定所需的人力、物力和財力。
26、2.本專利技術(shù)納米銀多物種毒性預(yù)測方法的建立和驗證，嚴(yán)格依據(jù)oecd規(guī)定的qsar模型建立和使用導(dǎo)則，因此，使用本專利技術(shù)多物種納米銀毒性預(yù)測結(jié)果，可以為化學(xué)品監(jiān)管提供數(shù)據(jù)支持，對化學(xué)品的生態(tài)風(fēng)險性評價具有重要意義。
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1.一種基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，納米銀的描述符包括：來源、形狀、表面包覆、直徑、尺寸測試方法、水合尺寸、溶解度、Zeta電位、聚合物分散性指數(shù)、pH、溫度、光照、暴露時長、暴露實驗、藻類生長狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，針對數(shù)據(jù)集存在的缺失值，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，直徑、水合尺寸、溶解度、Zeta電位、聚合物分散性指數(shù)、pH、溫度、光照、暴露時長為數(shù)值型數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，來源、形狀、表面包覆、尺寸測試方法、暴露實驗、藻類生長狀態(tài)為文字描述型數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，歸一化處理公式為：
7.根據(jù)權(quán)利要
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，采用多元線性回歸算法構(gòu)建多物種納米銀毒性預(yù)測模型，多物種納米銀毒性預(yù)測模型為：
9.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器以及存儲在存儲器中并可在處理器上運行的計算機(jī)程序，其特征在于，處理器執(zhí)行計算機(jī)程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至8任一項所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法的步驟。
10.一種計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)，計算機(jī)可讀存儲介質(zhì)存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，計算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)如權(quán)利要求1至8任一項所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法的步驟。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，納米銀的描述符包括：來源、形狀、表面包覆、直徑、尺寸測試方法、水合尺寸、溶解度、zeta電位、聚合物分散性指數(shù)、ph、溫度、光照、暴露時長、暴露實驗、藻類生長狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，針對數(shù)據(jù)集存在的缺失值，對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，直徑、水合尺寸、溶解度、zeta電位、聚合物分散性指數(shù)、ph、溫度、光照、暴露時長為數(shù)值型數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于多元線性回歸的水生物種納米銀毒性預(yù)測方法，其特征在于，來源、形狀、表面包覆、尺寸測試方法、暴露實驗、藻類生長狀態(tài)為文字描述型數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐偉豪，趙青，吳豐昌，
申請(專利權(quán))人：廣東省科學(xué)院生態(tài)環(huán)境與土壤研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：
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