英国科学家开发了一种有机化学自动化系统和编程语言,他们希望这将使人们更容易和更简单地再现复杂的反应。Chemputer来自李·克罗宁他在格拉斯哥大学(University of Glasgow)的团队已经通过自主制造伟哥(Viagra)和尼托尔(Nytol)等三种药物证明了这些能力。

我开发了一个有机合成的本体。这让它与众不同

格拉斯哥大学的李·克罗宁

从外观上看,Chemputer就像是现有液体处理机器人的混合体,配有注射泵和阀门,以及传统的化学实验室玻璃器皿。然而,克罗宁强调了指导它的编程“本体”的重要性。克罗宁说:“事实上,这是一个可编程的通用系统,我已经为有机合成开发了一个本体,这使它与任何想象的都不同。manbetx手机客户端3.0

一个Chemputer装置的照片

来源:克罗宁小组,化学学院,格拉斯哥。

虽然Chemputer看起来像现有的化学系统,但它背后的计算机环境是新颖的,因为它力求通用

这个本体论把有机合成分为四个常见步骤:反应、检验、分离和纯化。“一般来说,合成化学没有其他相关步骤,”克罗宁解释道。“这种抽象让我们明白,我们可以创造一种编程语言,可以立即适用于所有化学家,因为它包含了圆底烧瓶。”

一个Chempiler程序包含了一个Chemputer的地图,向它的不同模块发送指令。虽然布局可以用现有的语言GraphML描述,但克罗宁的团队必须开发一种特定的语言来编码化学过程,他们称之为化学组装(ChASM)。

显示Chemputer原理图的图像,突出显示了用于四种常见单元操作的模块

来源:Sebastian Steiner等人DOI: 10.1126/science.aav2211

Chemputer的工作原理有四个关键概念:反应、检验、分离和纯化

化学家可以用同样由格拉斯哥团队开发的化学描述语言(XDL)编写指令,并将其转换为ChASM。向Chempiler发送ChASM命令,例如“开始搅拌反应器”,然后在Chemputer中触发相应的操作。该本体使Chemputer具有通用性,包含不同模块形状、大小和类型的不同系统“指纹”。

使系统无缝工作还涉及到几个巧妙的细节。为了在分离过程中自动识别不同溶剂相之间的界面,克罗宁的团队利用电导率测量。Chemputer包括一个管子,将混合物转移到旋转蒸发器模块,从而去除溶剂。然而,这导致材料被困在管子里。因此,格拉斯哥大学的科学家们在管子上安装了一个磁力搅拌珠,将管子移开。

使发现

演示克罗宁团队制作的化学计算机乙醇(盐酸苯海拉明)在没有人工干预的情况下,通过4个步骤,在77小时内产生了理论最大值的58%。他们还合成了抗惊厥药物rufinamide在38小时内三步分离出46%的产量。相比之下,人工合成的收率为38%。类似地,Chemputer制造了伟哥(西地那非)在102小时内进行四步分离,分离收率为44%。

图中显示了西地那非的合成路线

来源:Sebastian Steiner等人DOI: 10.1126/science.aav2211

化学计算机公司合成奈托尔的途径

克罗宁的团队已经在致力于使Chemputer更易于使用。在Chemify他们打算在网站上分享Chemputer脚本,并使用自然语言处理简化XDL编程。克罗宁解释说:“当你按下‘转换’按钮时,它会把你合成的东西转换成化学代码。”

“通过向科学界提供他们的蓝图和代码,克罗宁实验室继续完成他们正在进行的民主化合成的使命,并提出了提高可重复性的配方,”他说阿娜特米洛来自以色列内盖夫本-古里安大学。“我很高兴看到这项技术的应用,以及不同的实验室是否会将其个性化。”

安娜·斯莱特来自利物浦大学的研究人员观察到,自动化系统通常不灵活,这为进入创造了很高的障碍。她说:“克罗宁团队使用的圆底烧瓶和可重构通道大大降低了这一障碍。”“我当然想试着做一个。但是,她发现编程语言的潜力是最有趣的。“未来,以明确的形式发表所有与出版物相关的反应,无论成功与否,都将成为一种常态,我会对此感到非常兴奋。”

这在很大程度上是克罗宁设想的一部分,即使用化学计算机使化学家的生活更容易,而不是威胁他们。他强调说:“这并不是要取代传统的化学发现,而是要让它永远具有可重复性。”因此,他现在需要反馈。“在实验室里制造100个最讨厌的分子是什么?人们愿意为它们编写Chemputer代码?”他问道。“我们将让一群人一起合作,为这些分子编写Chemputer代码并进行验证。Chemputer甚至有一个Twitter帐户它将发布更新,接收分子制作的请求等等。”