Машинное обучение для определения распределения размеров металлических и фармакологических субмикронных частиц на основе индикатрис и экстинкций рассеянного света
Ровенко В.В.1, Семенов Т.А.1, Епифанов Е.О.1, Мишаков Г.В.1, Минаев Н.В.1, Гарматина А.А.1, Мареев Е.И.1
1Институт фотонных технологий Курчатовского комплекса кристаллографии и фотоники НИЦ "Курчатовский институт", Москва, Россия

Email: rovenko.vladimir@physics.msu.ru
Поступила в редакцию: 12 января 2026 г.
В окончательной редакции: 2 апреля 2026 г.
Принята к печати: 7 апреля 2026 г.
Выставление онлайн: 12 мая 2026 г.
Предложена методика определения распределения субмикронных частиц по размерам (от 1 до 4000 nm), основанная на обучении сверточной нейронной сети по индикатрисам и экстинкциям рассеянного света. Обучение проводилось на синтезированных в рамках теории Ми матрицах оптического отклика для металлических (золото) и фармакологических (ибупрофен) частиц с учетом их комплексных показателей преломления. Предложенная нейросетевая модель позволяет восстанавливать параметры логнормального распределения частиц по размерам за время менее 1 s на графическом процессоре, обеспечивая среднее расхождение с данными сканирующей электронной микроскопии на уровне 30 %, что сопоставимо с точностью "ручного" анализа при значительном сокращении временных затрат. Ключевые слова: теория Ми, субмикронные частицы, светорассеяние, экстинкция, индикатриса рассеяния, машинное обучение.
- A.J. Hickey, C.-C. Huang, A. Misra, V. Balasubramanian, B.M. Moudgil, A.D. Rosato, L.M. Tavares, Q. Zhang, W.-N. Wang, KONA Powder Part. J., 42, 2026016 (2025). DOI: 10.14356/kona.2026016
- S. Chakraborty, S. Mal, A. Halder, S. Das, K.K. Sen, A. Mukherjee, P. Roy, Part. Sci. Technol., 42 (1), 145 (2024). DOI: 10.1080/02726351.2023.2211954
- S. Jacob, F.S. Kather, S.H. Boddu, M. Attimarad, A.B. Nair, Pharmaceutics, 17 (1), 136 (2025). DOI: 10.3390/pharmaceutics17010136
- T. Klinavicius, N. Khinevich, A. Tamuleviciene, L. Vidal, S. Tamulevicius, T. Tamulevicius, J. Phys. Chem. C, 128 (23), 9662 (2024). DOI: 10.1021/acs.jpcc.4c02459
- A. Otsuki, H. Jang, ChemEng., 6 (6), 92 (2022). DOI: 10.3390/chemengineering6060092
- Y. Ren, J. Mao, H. Zhao, C. Zhou, X. Gong, Z. Rao, Q. Wang, Y. Zhang, Adv. Meteorol., 2020, 5074192 (2020). DOI: 10.1155/2020/5074192
- M.A. Habitzreuter, M.C Barbosa, Phys. Rev. E, 107 (3), 034601 (2023). DOI: 10.1103/PhysRevE.107.034601
- J. Li, Z. Zhang, Y. Xu, S. Fu, J. Yang, Y. Wang, A.S. Shalin, Y. Qin, Phys. Rev. Appl., 23 (1), 014001 (2025). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.23.014001
- E.O. Epifanov, N.M. Asharchuk, D.N. Hmelenin, I.V. Trofimov, A.O. Rybaltovskij, G.V. Mishakov, T.A. Semenov, N.V. Minaev, E.I. Mareev, Russ. J. Phys. Chem. B, 18 (8), 1948 (2024). DOI: 10.1134/S1990793124030047
- P.B. Johnson, R.W. Christy, Phys. Rev. B, 6 (12), 4370 (1972). DOI: 10.1103/PhysRevB.6.4370
- L.B. Scaffardi, J.O. Tocho, Nanotechnology, 17, 1309 (2006). DOI: 10.1088/0957-4484/17/5/024
- C.F. Bohren, D.R. Huffman, Absorption and scattering of light by small particle (Wiley-VCH, 1983), p. 102, 103
- H. Bagheri, H. Hashemipour, V. Ghalandari, S. Ghader, Particuology, 57, 201 (2021). DOI: 10.1016/j.partic.2020.12.011
- S.S.A. Zaidi, M.S. Ansari, A. Aslam, N. Kanwal, M. Asghar, B. Lee, Comput. Biol. Med., 126, 103514 (2022). DOI: 10.48550/arXiv.2104.11892