新系統(tǒng)在人工智能指導(dǎo)下，由機器人平臺提供動力，向著小分子生產(chǎn)自動化更近一步。
據(jù)techxplore.com網(wǎng)站8月9日報道，美國麻省理工學(xué)院（MIT）的研究人員開發(fā)了一種新系統(tǒng)，可以在人工智能的指導(dǎo)下，利用機器人平臺提供的動力，制造可用于醫(yī)藥、太陽能技術(shù)和聚合物的小分子。相關(guān)成果發(fā)布于《科學(xué)》雜志。研究人員Klavs F. Jensen教授和Timothy F. Jamison教授認(rèn)為，新系統(tǒng)可以將化學(xué)家們從繁重的事務(wù)性任務(wù)中解放出來，并且使新化合物更具多樣性。Jensen說：“這項技術(shù)可以幫助科學(xué)家們省去分子構(gòu)建過程中所有的乏味部分，例如尋找潛在的反應(yīng)途徑、篩選構(gòu)建新分子的構(gòu)筑塊等。新系統(tǒng)有望給研究人員發(fā)現(xiàn)新反應(yīng)帶來前所未有的靈感。”
新系統(tǒng)的工作流程主要包括3個步驟：首先，人工智能指導(dǎo)下的軟件提出合成分子的路線；接著，化學(xué)家們對擬定的路線進行審查并微調(diào)為化學(xué)“配方”；最后，配方發(fā)送到機器人平臺，由平臺執(zhí)行合成反應(yīng)。研究人員Connor W. Coley及其同事已經(jīng)花了將近3年的時間來開發(fā)可用于化學(xué)合成反應(yīng)的開源軟件套件。軟件的核心是若干神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，研究人員利用Reaxys和美國專利商標(biāo)局?jǐn)?shù)據(jù)庫中已經(jīng)存在的數(shù)百萬種化學(xué)反應(yīng)對其進行了訓(xùn)練。訓(xùn)練完成之后，軟件可以根據(jù)訓(xùn)練數(shù)據(jù)來確定反應(yīng)的轉(zhuǎn)變和條件是否適合構(gòu)筑新的化合物。Coley說：“它可以幫助你作出使用何種中間體或起始原料的決策，然后比較詳細地分析反應(yīng)可能需要的條件，并預(yù)測反應(yīng)能否成功。這個軟件的關(guān)鍵優(yōu)勢在于，它不僅能為已知的分子或反應(yīng)提供建議，還能推廣到不為人知的新分子。”當(dāng)然，經(jīng)驗豐富的化學(xué)家們對軟件生成的合成路線的審核也非常關(guān)鍵——有時候他們需要通過實驗室小試為目標(biāo)分子的成功合成建立更完整的配方。Jamison教授說：“Coley等從人工智能中獲取了靈感，并將其轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的配方文件。傳統(tǒng)的文獻查閱既無法提供足夠的信息，又無法在自動化系統(tǒng)上直接實現(xiàn)靈感到執(zhí)行的操作。”
在系統(tǒng)流程的最后一步中，配方被加載進入機器人平臺，機器人操作臂將模塊式反應(yīng)器、分離器和其他處理單元等組裝成連續(xù)的合成路徑進行反應(yīng)。研究人員Dale A. Thomas III說：“你只需裝上試劑，然后按下go鍵就能生成感興趣的分子了。反應(yīng)結(jié)束后，系統(tǒng)會進行自動沖洗，為你的下一組反應(yīng)做好準(zhǔn)備。”與去年研究人員提出的連續(xù)流系統(tǒng)不同，新系統(tǒng)不必在每次合成反應(yīng)結(jié)束后都進行手動配置，整個過程完全由機器人平臺完成。Jensen教授說：“這使我們能夠自主地對大量分子進行排序，并在系統(tǒng)中生成分子庫。”
機器人平臺的設(shè)計尺寸約為兩立方米，整體結(jié)構(gòu)比較簡單。Thomas解釋說：“機械臂使我們能夠輕松地操控流體路徑，這在減少流程模塊數(shù)量和復(fù)雜性的同時，又增加了分子的復(fù)雜性。由此研究人員們能夠添加額外的反應(yīng)步驟，進而擴大在相對較小的系統(tǒng)面積內(nèi)可完成的反應(yīng)集。”
為測試系統(tǒng)性能，研究人員在新系統(tǒng)中合成了15種不同的藥物小分子。這些小分子的合成復(fù)雜性各不相同，最簡單的合成過程需要兩個小時，而復(fù)雜的合成過程需要的時間約68個小時。Jamison教授說：“系統(tǒng)對多樣性化學(xué)反應(yīng)的適應(yīng)性讓我非常滿意。新系統(tǒng)處理了大約30種不同的反應(yīng)，而之前的連續(xù)流系統(tǒng)只能處理大約12種反應(yīng)。”Coley補充說：“我們在努力縮小系統(tǒng)性能與實際需求之間的差距。下一代系統(tǒng)或許能讓科學(xué)家們將精力更多地集中于創(chuàng)新性工作之中。”
編譯：德克斯特
