一个勇敢的新世界机器人化学家和合成器农场的等待

化学家是一类奇怪的人类,被一个几乎疯狂的冲动寻求乐趣在烟雾和蒸气,烟尘和火焰,毒药和贫困。

这条线从17世纪炼金术士合成化学家约翰·比结约阿希姆是常用来表达他们的奉献精神和实际工作为乐。虽然比结节以来发生了很多变化,化学家们仍然花很多时间考虑固体和测量液体分子和发现新的反应。“化学实验仍然是一个高度要求纪律——你需要工作在实验室中得到的结果,”说克里斯蒂娜华达,瑞士苏黎世大学的有机化学家。然而,机器人开始化学家在自己的游戏中被人家打败。自动流动反应器优化的反应只有一天——一个任务可能需要人类的化学家数周甚至数月。智能系统的药物发现机器人夏娃结合实验室技术和人工智能测试和修改给定的假设。

化学家们渴望改变

马丁·伯克,伊利诺伊大学香槟分校

“化学家渴望改变,”声明马丁·伯克来自伊利诺伊大学香槟分校。有建一个小分子合成器,伯克是科学家们拥抱自动化和机器人技术,不仅可以免费化学家从一些更乏味的部分的工作,但完全改变分子的方式。最终,伯克和其他人认为,先进的综合机器人将完全取代人类的实验室工作人员。

投入时间和节省时间

自动化已经扮演了一个重要的部分在小规模的合成更高效。通用机械手的后裔,第一个工业机械臂专利在1961年,现在瓶和管转移到分析机器或分发大量的人手处理液体太小。在过去的几十年里,机器执行更复杂的任务像柱层析法已经成为负担得起的和广泛的。

然而,自动化多步合成过程更简单。只有一个反应,液体和固体可能需要加在一起或一个接一个,可能需要加热,冷却,过滤,水洗,提取或蒸发。每个任务是人类日常的化学家,但是机器很难把他们放在一起。

我们训练人们思考化学和那些技能不会被机器取代

马克斯普朗克研究所的彼得·Seeberger胶体和界面

此外,机器仍然昂贵个别实验室和操作经常花大量的时间来适应。的自动化提供一个简化的工具,以便抵抗开始使用它并不是很高,”评论华达。

尽管存在这些障碍,化学合成简单的由一台机器可以变化的科学。就没有分子或没有自动DNA合成,合成生物学的说彼得Seeberger马克斯普朗克研究所的主任的胶体和界面附近波茨坦,德国。

健壮的反应

寡核苷酸合成曾经是一个漫长的过程,一个大型团队,熟练的化学家。1965年,哈尔Gobind Khorana发表的第一个合成人造基因在八个论文,总计400页。也许是正确的,当时人们认为制造合成DNA是一个学术运动。

然而今天,寡核苷酸是一个简单的过程,是完全自动的。这使得即使科学家缺乏化学合成的本领,使定制的寡核苷酸和启用DNA纳米技术如基因电路。现在,科学家们正在认真考虑从头构建整个基因组——二十年前不可想象。

两个发展自动化DNA合成的关键:固相技术的出现,介绍了布鲁斯·梅里菲尔德的1960年代让肽Caruthers,马文1980 phosphoramidite方法。Caruthers意识到更多的步骤合成,高收益变得更重要。他的反应,这增加了一个基地一个DNA链增长,通常的收益率接近100%。

自动化的关键是健壮和可靠的化学反应,”言论Seeberger,一直致力于自动化合成碳水化合物——迄今为止唯一重要的生物聚合物,不顾全面的合成。与DNA和肽,碳水化合物可以分支,每一个新链接创建一个新的手性碳。regiochemistry和立体化学需要仔细控制——许多人认为不可能的。

经过近20年的研究,Seeberger糖合成器,以及所需的构建块饲料机,刚刚成为商用。最近,机器组装有史以来最长的合成低聚糖。

一刀切

我们将需要至少30到35可靠转换制药行业使用使化合物——你可能需要更多的在未来,“Seeberger说。理查德•惠特比英国南安普顿大学的领导Dial-a-molecule——研究网致力于让任意的合成分子像拨号号码”那么简单——同意。有巨大的空间新反应和更好的反应。

大多数化学家不是计算机科学训练,可能会觉得害怕等方面,也许有点威胁

咪咪Hii,伦敦帝国理工学院

伯克更进一步,提出努力关注发现可以让所有分子的一个常见的合成。大多数自动化的努力一直建立在假设每个分子需要一个定制合成路线。这是人们一直在思考的方式,尝试开发机器能做许多不同的反应,”伯克说。我们的球场是相反的:让我们而不是试图找出如何使一切有一个反应。

伯克的团队应用这个想法在一个小化合物合成器完全集中于palladium-catalysed耦合。使用四个基石和迭代序列的耦合反应,合成器设法准备14个不同种类的小分子,包括脂肪酸、多酮类化合物、oligophenylenes和类固醇。伯克估计给定的基石——大约5000机器可以占到四分之三的所有260000个小天然产品日期。

农业化学物质

自动化的另一个优点,研究人员同意,是消除人为错误和不一致问题,研究者认为科学面临的70%再现性危机。自动化的“对我来说,最大的好处是不劳动节约型的一面,但它的那么多重复的和可控的,”惠特比说。

”我相信,在未来10到15年,将更加注重数据的收集从[…]自动化系统,“同意Coleen罗宾逊在阿斯利康化工发展自动化前领先。获得大量的可靠数据将使我们前进了一大步。

化学家将运行在合成器实用的远程实验农场

马克斯普朗克研究所的彼得·Seeberger胶体和界面

Seeberger认为,未来的化学家将汇集共享数据和使用设施和其他科学家使用超级计算机。在合成器的化学家将运行实际的远程实验农场——唯一的人,在那里工作确保总是有足够的试剂和机器正常运行。他补充说,“这将可能在未来两到三年。

但是有技术和社会挑战,说罗斯金英国曼彻斯特大学的领导工作robo-chemist前夜。大多数化学家没有在计算机科学训练,并且可能感到害怕等方面,也许有点威胁,“补充道咪咪Hii英国伦敦帝国理工学院的化学家,。人们还训练手动做实验室工作。”

他的帝国的Dial-a-molecule研究所这将使研究人员获得先进的自动化设备和使用培训。科学家们的反馈将帮助研究所的团队改善设计和与供应商合作,将新一代机器市场。

更好,更快,更强

研究人员认为自动化将使他们的工作更有效率。化学家们可以花更多的时间来设计,而不是自己做的,想象华达。它改变的类型问题研究生可以解决3 - 5年的时间内,”伯克表示同意。真的最终有一个实际的,授权对该领域能做什么。”

有些人认为化学是一门艺术。我认为这可能是一个障碍人拥抱自动化

瑞秋Astex制药,遍布全球

然而,合成化学家的当前重点实验室技能也可能使他们不愿交出所有机器人的实际工作。有些人认为化学作为一门艺术,和所涉及的技能有很多,人们学习和磨练,”说瑞秋格兰杰英国剑桥大学博士后研究员Astex药品。我认为这可能是一个障碍人拥抱自动化。

但自动化程序也可能让他们扩大规模,从学术转移到一个工业更容易设置。”有一个脱节做化学实验室规模,它的创造力和艺术,而不是过程,需要机器,”格兰杰说。人们可能会花大量的时间re-optimising反应过程规模,有人在实验室完成。

一些科学家认为,最终,实验室将完全由机器人。的野心之一是将所有的合成化学家从实验室自动化设备,我们试图取代司机从汽车,“Hii说。甚至支持无人太空探索化学合成,例如。明天是不可能的,但也许在未来20到50年”。

在不久的将来会与机器人进行实验室工作过时,化学家们应该担心工作保障吗?恰恰相反,Seeberger说。“我们训练人们思考化学,不做体力劳动,”他指出。”,思考和创新,这些都是技能不会被机器取代。”