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MIT 研究团队研发了自动化的化学合成系统,为化学家带来福音2018-09-27

众所周知,设计一个新的化学合成耗时耗力,涉及大量单调冗长的工作,比如混合化学物质、测量温度、分析结果等;如果没有成功,则需要重新开始以上过程。

麻省理工学院(MIT)的研究人员研发了一个自动化的化学合成系统,可承担很多单调冗长的工作,为化学家空出时间,更多地去从事分析性和创造性的研究工作。

相关成果于 9 月 20 号发表在《Science》期刊上,文章一作是 Anne-Catherine Bédard(原 MIT 博士后)和 Andrea Adamo(原 MIT 研究助理)。该项研究得到了美国国防部高级研究计划局(DARPA)的支持。

(来源:Anne-Catherine Bédard)

MIT 化学系的负责人 Timothy F. Jamison,同时也是该项研究的团队负责人之一,他表示“我们的目标就是创造一个简单易用的系统,让科学家们可以找出制备目标分子的最优化条件,给他们提供一个普适的、尽可能灵活的化学合成平台。”

研究人员表示,该系统能够极大地缩短优化新反应所需要的时间,可从几周或几个月的时间缩短到一天。他们已经为这项技术申请了专利,并希望这项技术可以广泛地应用到学术及工业领域的化学实验室中。

MIT 化学工程专业的教授 Klavs F. Jensen 表示,“我们当初开始做这个系统的时候,目标就是具有普适性,并且成本不高。我们也是想开发一项技术,能够让化学家们更容易地研发新反应。”

新系统利用了一种化学合成方法,即连续流法。利用这种方法,反应物流过一系列管道,并且可以在不同点加入新的化学物质。其他过程,比如分离,也可以发生在连续流过程中。而传统的“批次化学”,则是每个步骤单独进行,并需要人工将反应物移动到下一步。

几年前,Jense 和 Jamison 研发了连续流系统,可以快速生产所需要的药物。后来,他们转移注意力到小型系统,可应用在实验室中,希望能够减少研发过程中重复的人工实验。

为了实现这一目标,研究团队设计了“即插即用”系统,包括几个不同的模块。这些模块可组合起来,实现不同类型的合成。每个模块近似于一个大屏手机那么大,可以插入到一个接口,如同电脑组件通过 USB 接口连接起来一样。某些模块可以实现特殊反应,比如光催化或者固相催化,而其他的模块则把理想产物分离出来。目前的系统一次性可以组装 5 个模块。

一旦科研人员有了合成目标分子的想法,那么他们就可以利用这个机器,选择一些必要的模块。然后,告诉机器一些具体的初始反应条件,比如温度、反应物浓度、流速等。大概到第二天,机器通过一个常规的优化程序,探索不同的条件,即可优化出产率最高的反应条件。同时,混合化学物质,分离并测试产物等这些工作,都不需要手动完成。

Jamison 表示,“在最优化条件下进行实验时,科研人员可与同事讨论其他的一些实验想法,或者写文章,或者分析之前的实验结果。换句话说,可在实验自动进行的过程中,去做更多思考性的研究工作。”

该项研究中,研究人员创造了大约 50 个不同的有机化合物。他们认为该项技术可以帮助科学家更快速地设计并产出化合物,比如用作药物等。该系统也让化学家能够更容易地重复别人的研究工作,不需要重新优化实验的所有步骤。

Jensen 表示,“如果你利用一个可以插件的机器,而别人也利用类似的机器尝试同样的实验,那么大家可能会得到相同的结果。”

目前,研究人员正在研发新一代技术,可以承担更多的设计工作,包括找出分子的结构及类型等。

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编辑:Maggie

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