在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，化學(xué)合成領(lǐng)域正經(jīng)歷著一場(chǎng)深刻的變革，自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的崛起，如同為化學(xué)合成按下了“加速鍵”，憑借高效、精準(zhǔn)、低成本的核心優(yōu)勢(shì)，重塑傳統(tǒng)科研與生產(chǎn)模式，為行業(yè)發(fā)展注入全新活力。
自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室展現(xiàn)出諸多令人矚目的特性，革新了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)作模式。
無(wú)人化全天候運(yùn)行是其顯著亮點(diǎn)之一。實(shí)驗(yàn)室流程全交由機(jī)器人與自動(dòng)化設(shè)備執(zhí)行，無(wú)需人員值守，能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)不間斷高效運(yùn)轉(zhuǎn)，極大地提升了工作效率與操作精準(zhǔn)度。智能化自主決策與優(yōu)化功能同樣強(qiáng)大，借助AI算法，它不僅能自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、優(yōu)化各項(xiàng)參數(shù)，還能精準(zhǔn)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并據(jù)此靈活調(diào)整后續(xù)步驟。憑借強(qiáng)大的自學(xué)習(xí)能力，實(shí)驗(yàn)的成功率與質(zhì)量得以持續(xù)提升。
全流程閉環(huán)操作讓實(shí)驗(yàn)從樣本處理、執(zhí)行到數(shù)據(jù)分析，形成完整且無(wú)縫銜接的自動(dòng)化閉環(huán)。這一模式有效減少了人為因素導(dǎo)致的誤差，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果具備高度的可靠性與一致性。高精度與高安全性更是自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的重要保障。高精度機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備能夠精準(zhǔn)完成復(fù)雜操作，保證操作的高重復(fù)性；同時(shí)，避免了實(shí)驗(yàn)人員直接接觸危險(xiǎn)物品，大幅降低了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
此外，實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)集成功能，支持實(shí)驗(yàn)過(guò)程的實(shí)時(shí)可視化呈現(xiàn)、遠(yuǎn)程監(jiān)控以及及時(shí)報(bào)警，所有數(shù)據(jù)均可追溯、導(dǎo)出，進(jìn)一步強(qiáng)化了數(shù)據(jù)管理效能。憑借廣泛的適用性，自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室在化工、生物制藥等眾多領(lǐng)域大顯身手，長(zhǎng)期助力企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效的目標(biāo)。
自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室并非紙上談兵，早已在實(shí)踐領(lǐng)域大放異彩，展現(xiàn)出巨大潛力。
早在2015年，美國(guó)默克公司的化學(xué)家團(tuán)隊(duì)便先突破，開發(fā)出高通量化學(xué)反應(yīng)篩選平臺(tái)，專注于納摩爾級(jí)的Buchwald-Hartwig偶聯(lián)反應(yīng)的底物和反應(yīng)條件篩選，每日能夠高效處理超1500個(gè)反應(yīng)，充分彰顯了其強(qiáng)大的篩選能力。不過(guò)，受限于微孔板設(shè)計(jì)，該平臺(tái)在反應(yīng)過(guò)程中僅能使用高沸點(diǎn)溶劑二甲基亞砜，且無(wú)法進(jìn)行加熱，在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。即便如此，這一技術(shù)仍是化學(xué)合成領(lǐng)域的重大里程碑，為藥物研發(fā)和相關(guān)化學(xué)研究提供了關(guān)鍵助力。
受此啟發(fā)，輝瑞研發(fā)人員實(shí)現(xiàn)重要突破，打造出可在多種溶劑、溫度、壓力條件下開展自動(dòng)化化學(xué)反應(yīng)篩選的平臺(tái)。該平臺(tái)以流動(dòng)化學(xué)技術(shù)與超高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)為核心，借助兩臺(tái)UPLC-MS裝置交替檢測(cè)，每45秒便能完成一組反應(yīng)篩選。整個(gè)反應(yīng)過(guò)程中，物料流速、停留時(shí)間、取樣、進(jìn)樣以及反應(yīng)溶劑切換等環(huán)節(jié)，均由計(jì)算機(jī)全程精準(zhǔn)把控。在1天內(nèi)，該平臺(tái)便能完成超1500個(gè)納摩爾量規(guī)模的Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)篩選。以特定硼酸酯和溴代吲哚底物的Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)為例，8小時(shí)內(nèi)就完成了576組反應(yīng)條件的篩選，僅消耗50mg溴代吲哚原料，便成功確定最佳條件。基于此，稍作物料比例、反應(yīng)濃度和反應(yīng)時(shí)間的調(diào)整，順利將反應(yīng)規(guī)模放大至0.41mmol，收率高達(dá)81%。
相較于傳統(tǒng)的人工手動(dòng)合成，自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室合成在成本控制、效率提升以及環(huán)保效益方面優(yōu)勢(shì)顯著。
在自動(dòng)化光催化反應(yīng)系統(tǒng)開展的碳—碳鍵形成、有機(jī)污染光催化降解和固氮反應(yīng)任務(wù)評(píng)估中，自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室合成的優(yōu)勢(shì)盡顯。憑借自我優(yōu)化能力，實(shí)驗(yàn)試劑消耗大幅減少；機(jī)器運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于人工成本，且機(jī)器能夠24小時(shí)不間斷工作，即便人力每天工作14小時(shí)，自動(dòng)化合成系統(tǒng)也能將碳排放降低至手動(dòng)合成實(shí)驗(yàn)室的5%，同時(shí)節(jié)省超一半的時(shí)間，成本更是僅為手動(dòng)合成的20%不到。
自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室在成本、效率與環(huán)保方面的突出價(jià)值，正推動(dòng)行業(yè)加速?gòu)娜斯ひ蕾囅蜃詣?dòng)化轉(zhuǎn)型。在這一進(jìn)程中，本土企業(yè)憑借核心技術(shù)的自主研發(fā)，走出了一條全流程自動(dòng)化的創(chuàng)新之路。
歐世盛公司基于十幾年來(lái)在自動(dòng)化核心零部件、智能化微反應(yīng)器、在線檢測(cè)儀器等領(lǐng)域的原創(chuàng)性開發(fā)，歐世盛實(shí)現(xiàn)了從單步連續(xù)反應(yīng)到多步連續(xù)反應(yīng)的自動(dòng)化跨越，達(dá)成了反應(yīng)流程與在線檢測(cè)全流程自動(dòng)化的重大突破。其自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室方案正推動(dòng)化學(xué)合成從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”邁向“數(shù)據(jù)與智能驅(qū)動(dòng)”。自動(dòng)化與高通量的深度融合，為AI和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用筑牢根基，也為大規(guī)?；瘜W(xué)合成、新藥研發(fā)以及材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了堅(jiān)實(shí)有力的支撐。
自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的蓬勃發(fā)展，正領(lǐng)化學(xué)合成領(lǐng)域邁向全新階段，未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷迭代升級(jí)，必將為科研與生產(chǎn)帶來(lái)更多驚喜，推動(dòng)行業(yè)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。
