Trabalho de conclusão de graduação
Monitoramento em linha baseado em AI e espectroscopia da concentração enantiomérica de praziquantel
Autor
Santos, Marlon Conceição dos
Institución
Resumen
A esquistossomose é uma doença tropical negligenciada, cujo tratamento é feito por meio do
medicamento praziquantel. O tratamento para crianças é feito pelo medicamento em forma
líquida, que apresenta amargor, devido à presença do enantiômero dextrógiro D-PZQ
(ingrediente inativo). Assim, durante a formulação é necessário um enriquecimento do
componente levógiro da mistura racêmica, ou seja, o L-PZQ, a partir da separação de tais
componentes. O Leito Móvel Simulado (LMS) pode ser utilizado para a separação de
enantiômeros. Para o controle automático do LMS, é necessário o monitoramento das
concentrações dos enantiômeros. Em estudos prévios na Escola de Química da UFRJ, foi
construído um LMS, o qual possui um detector quiral, que mede sinais de UV e dicroísmo
circular simultaneamente. Neste trabalho, são desenvolvidos modelos matemáticos baseados
em aprendizado de máquina para correlacionar os sinais de UV e dicroísmo circular com as
concentrações de cada enantiômero no LMS. Optou-se pela utilização das redes neuronais
devido à relação não linear previamente observada entre as concentrações e medições. O
desenvolvimento da rede foi feito em Python, utilizando o MLPRegressor, um estimador que
se baseia nas redes do tipo “Perceptron Multi-camada”. Devido à ampla gama de possibilidades
para o projeto da rede, foi necessário resolver um problema de otimização, buscando o melhor
conjunto de hiperparâmetros para a predição da concentração dos enantiômeros. Para isso, foi
utilizado o software Optuna. Como forma de validação foram feitas comparações com
algoritmo “Random Forest”, diferentes abordagens de pré-processamento, usando como critério
de desempenho o coeficiente de determinação (R²) e a abordagem polinomial desenvolvida no
trabalho de CUNHA et al (2020). Com base em todos os dados experimentais (57 pontos) e
validação (18 pontos), as redes neuronais apresentaram um R² de 0,82 e 0,83. No caso do
“Random Forest”, o coeficiente foi de 0,82 e 0,66 e, no caso da abordagem polinomial, 0,54 e
0,59. Dessa forma, os resultados habilitam o uso das redes para monitorar o processo, pela boa
capacidade preditiva verificada, a qual pode ainda ser melhorada com a disponibilidade de mais
dados.