圖像分析能幫助工程師們深入了解納米多孔金

德州農工大學和弗吉尼亞理工學院的工程師們報告了對納米多孔金的重要新見解 - 這種材料在包括能量存儲和生物醫學設備在內的多個領域的應用越來越廣泛，但以上這些領域的應用都還未進入實驗室階段。

該團隊沒有進行任何額外的實驗，而是使用內部開發的圖像分析軟體來「挖掘」納米多孔金（NPG）的現有文獻。具體來說，該軟體分析了大約150篇同行評議的相關論文中的NPG照片，並快速測量了材料的關鍵特徵，這些特徵隨後被研究人員們在描述樣品製備過程的文字描述中提到過。結果之一是製備各種各樣的具有特定性質的NPG。

「我們能夠推出一個量化的定律，來解釋如何通過改變加工時間和溫度來改變NPG的特徵，」 德州農工大學材料科學與工程系博士後研究員Ian McCue說道。McCue是發表在Scientific Reports雜誌上的一篇論文的主要作者（「Gaining new insights into nanoporous gold by mining and analysis of published images」）。

這些圖像顯示了不同放大倍數下納米多孔金的一些物理特性。（圖片來源：德州農工大學）

該團隊還確定了一個與NPG相關的新參數，可更好地針對具體的應用調整材料。

「在我們開展工作之前，工程師們知道NPG有一個可調節的旋鈕，現在我們有了第二個可以讓我們更好地控制材料屬性的方法。」弗吉尼亞理工學院的研究生、該論文的共同作者JoshStuckner說道， 並且Stuckner開發了發現這些新見解的軟體。

該論文的其他作者包括德州農工大學材料科學與工程系副教授Michael J. Demkowicz博士和弗吉尼亞理工學院副教授Mitsu Murayama博士。

納米多孔金已經研究了大約15年，但實際上對它的物理特性以及它對特定應用的可調性的限制知之甚少，該團隊在Scientific Reports上發表的論文中寫道。

該材料是交織線或帶的三維多孔網路。多個帶反過來在稱為節點的點上連接。所有這些特性幾乎無法想像的小。Stuckner指出，例如，一些較小的毛孔可以並排排列三條DNA線。因此，McCue表示整體結構非常複雜，測量節點之間的長度和韌帶直徑等特徵非常困難和耗時。但Stuckner的軟體改變了這一情況。

「手動可能需要20分鐘到一個多小時來測量與一個圖像相關的特徵，」Stuckner說。「我們可以在一分鐘內做到這一點，甚至可以告訴計算機在我們離開時測量整幅圖像。」

早期的測量NPG特徵的嘗試導致了包含五個或六個數據點的非常小的數據集。德州農工大學/弗吉尼亞理工學院的團隊研究了大約80個數據點。這反過來又使得該團隊能夠創建與不同加工技術相對應的NPG特徵的新的定量描述。所有這些都沒有基於任何實際的實驗，只是聰明的數據挖掘和分析，McCue說道。

這項工作還為未來的研究人員們帶來了新的文獻指引。該團隊最初分析的2,000篇論文中，只有150篇提供了有用的信息。

McCue說：「由於圖像質量差或缺乏關於如何處理給定NPG的書面信息，我們必須丟失大量數據。」 「新的文獻指引可以防止這種情況發生，最終不僅可以為NPG提供更好的數據挖掘，而且這中數據挖掘方法還可以應用於其他材料。

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