在AI的指导下机器人平台使分子制造自动化眼镜蛇

发布时间：2022-06-28 10:28:17

在AI的指导下，机器人平台使分子制造自动化

麻省理工学院的研究人员在人工智能的指导下，以机器人平台为动力，向自动生产可用于医学，太阳能和聚合物化学的小分子迈进了一步。

该系统在8月8日的《科学》杂志上有描述研究的共同负责人克拉夫斯·F，可以使化学家从繁琐的日常工作中解脱出来，并可能为制造新的分子化合物提供可能性。詹森，沃伦·K·刘易斯化学工程教授，蒂莫西·贾米森，罗伯特·泰勒化学教授，麻省理工学院副院长

詹森说，这项技术“有望帮助人们消除分子构建过程中所有繁琐的部分”，包括查找潜在的反应途径，并在每次生产新分子时构建分子组装生产线的组件。

他补充说：“作为化学家，它可能会为您带来以前从未想过的新反应的灵感。”

麻省理工学院在《科学》论文上的其他作者包括康纳·科利，戴尔·托马斯三世，贾斯汀·阿姆·朗米特，乔纳森·N·贾沃斯基，克里斯托弗·布雷恩，维克托·舒尔茨，特拉维斯·哈特，约书亚·菲什曼，卢克·罗杰斯，高汉宇， Robert W. Hicklin，Pieter P. Plehiers，Joshua Byington，John S. Piotti，William H. Green和A. John Hart。

从灵感到配方再到成品

新系统结合了三个主要步骤。首先，以人工智能为指导的软件提出了一种合成分子的途径，然后，专业化学家对其进行了审查，并将其提炼为化学“配方”，最后，配方被发送至自动组装硬件并执行反应的机器人平台。建立分子。

Coley和他的同事们已经工作了三年多的时间来开发开源软件套件，该套件可以建议并确定可能的合成路线的优先级。

该软件的核心是几个神经网络模型，研究人员对这些模型进行了培训，这些模型对从Reaxys和美国专利商标局数据库中提取的数百万条先前发布的化学反应进行了培训。该软件使用这些数据来确定其认为适合构建新化合物的反应转化和条件。

Coley表示：“它有助于做出有关使用哪种中间体和起始原料的高层决策，然后对可能要使用的条件以及这些反应是否可能成功进行更详细的分析。”

他说：“软件设计的主要动机之一是，它不仅仅为您提供我们所了解的分子或我们所了解的反应的建议。” “它可以推广到从未制造的新分子上。”

然后，化学家会审查由软件产生的建议合成路线，以建立目标分子更完整的配方。化学家有时需要进行实验室实验或修补试剂浓度和反应温度等变化。

新系统结合了三个主要步骤。首先，以人工智能为指导的软件提出了合成分子的途径，然后，专业化学家对其进行了审查，并将其提炼为化学“配方”，最后，配方被发送到自动组装硬件并执行反应的机器人平台。建立分子。

贾米森说：“他们从人工智能中获取了一些灵感，并将其转换为可执行的配方文件，这主要是因为目前的化学文献尚不足以直接从灵感转移到在自动化系统上执行的信息。”

然后将最终配方加载到机械臂所在的平台上模块化反应器，分离器和其他处理单元组装成连续的流路，并连接引入分子成分的泵和管线。

托马斯说：“您可以加载配方，这就是控制机器人平台的方法，您可以加载试剂，然后按一下go键，然后生成感兴趣的分子。” “然后，当完成时，它将冲洗系统，您可以加载下一组试剂和配方，并使其运行。”

与研究人员去年提出的连续流系统不同，该系统必须在每次合成后手动配置，而新系统则完全由机器人平台进行配置。

詹森说：“这使我们能够一个接一个地对一个分子进行测序，并在系统上自动生成一个分子库。”

该平台的设计约为2立方米，比标准的化学通风柜略小，它类似于电话总机和操作员系统，可移动平台上各模块之间的连接。

托马斯说：“机械臂使我们能够操纵流体路径，从而减少了过程模块的数量和系统的流体复杂性，并且通过降低流体复杂性，我们可以增加分子的复杂性。” “这使我们可以添加更多的反应步骤，并在相对较小的占地面积内扩展可以在系统上完成的反应集。”

迈向全自动化

研究人员通过创建15种具有不同合成复杂性的不同药用小分子，对整个系统进行了测试，其中最简单的创建过程需要2个小时到制造多种化合物所需的大约68小时。

该小组合成了多种化合物：阿司匹林和抗生素塞尼达唑以背对背的方式合成；使用常见的试剂原料在背对背的过程中使用止痛药利多卡因和抗焦虑药地西epa；血液稀释剂华法令和帕金森氏病药物沙芬酰胺，以展示该软件如何设计具有相似分子成分但具有不同3-D结构的化合物；以及五种ACE抑制剂药物家族和四种非甾体类抗炎药家族。

贾米森说：“我为化学的多样性和不同化学反应的种类感到特别骄傲，”他说该系统处理了大约30种不同的反应，而以前的连续流系统中只有大约12种不同的反应。

Coley说：“我们实际上是在努力缩小这些程序产生的想法与实际进行综合所需的时间之间的差距。” “我们希望下一代系统将进一步增加科学家可以将精力集中在创造力和设计上的时间和精力。”