自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室
●無人化全天候運(yùn)行：實(shí)驗(yàn)室流程由機(jī)器人、自動(dòng)化設(shè)備完成，無需人員在場，可24小時(shí)連續(xù)高效運(yùn)行，顯著提升效率和精準(zhǔn)度。
●智能化自主決策與優(yōu)化：通過AI算法自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、優(yōu)化參數(shù)、分析結(jié)果并調(diào)整后續(xù)步驟，具備自學(xué)習(xí)能力，不斷提高成功率和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。
●全流程閉環(huán)操作：從樣本處理、實(shí)驗(yàn)執(zhí)行到數(shù)據(jù)分析形成完整自動(dòng)化閉環(huán)，減少人為誤差，確保結(jié)果可靠性和一致性。
●高精度與高安全性：采用高精度機(jī)器人及自動(dòng)化設(shè)備，精準(zhǔn)完成復(fù)雜操作，重復(fù)性高；同時(shí)避免人員接觸危險(xiǎn)物，大幅降低實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)。
●實(shí)時(shí)監(jiān)控與數(shù)據(jù)集成：支持實(shí)驗(yàn)過程實(shí)時(shí)可視化、遠(yuǎn)程監(jiān)控與報(bào)警，數(shù)據(jù)可追溯、可導(dǎo)出，強(qiáng)化數(shù)據(jù)管理。
●廣泛適用且降本增效：可應(yīng)用于化工、生物制藥等多領(lǐng)域，長期幫助企業(yè)降本增效。
自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的出現(xiàn)，為化學(xué)合成開啟了“加速引擎”，以其高效、精準(zhǔn)、低成本的核心優(yōu)勢，重塑傳統(tǒng)科研與生產(chǎn)模式。這些兼具自動(dòng)化、智能化、微化工等技術(shù)優(yōu)勢的自動(dòng)化體系，并非只是停留在理論層面的構(gòu)想，而是已在實(shí)踐中展現(xiàn)出巨大潛力。
早在2015年，美國默克公司的化學(xué)家團(tuán)隊(duì)便開創(chuàng)性地開發(fā)了一個(gè)高通量化學(xué)反應(yīng)篩選平臺(tái)，用于納摩爾級(jí)的Buchwald-Hartwig偶聯(lián)反應(yīng)的底物和反應(yīng)條件篩選，每天能夠高效處理超過1500個(gè)反應(yīng)，展示了其篩選能力。然而，該系統(tǒng)基于微孔板的設(shè)計(jì)也存在一定的局限性，在反應(yīng)過程中僅能使用高沸點(diǎn)溶劑二甲基亞砜，且反應(yīng)過程無法加熱，這在一定程度上制約了此平臺(tái)的廣泛應(yīng)用。盡管如此，這一技術(shù)仍是化學(xué)合成領(lǐng)域的一個(gè)重大突破，為藥物研發(fā)和其他化學(xué)研究提供了有力工具。
受此工作啟發(fā)，輝瑞的研發(fā)人員做出重要突破，開發(fā)了一種可在不同溶劑、溫度、壓力等條件下進(jìn)行自動(dòng)化化學(xué)反應(yīng)篩選的平臺(tái)[1]。以流動(dòng)化學(xué)（flow chemistry）技術(shù)與超高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（UPLC-MS）技術(shù)為基礎(chǔ)，通過兩臺(tái)UPLC-MS裝置的交替檢測，每隔45秒進(jìn)行一組反應(yīng)篩選。反應(yīng)中的物料流速、停留時(shí)間、取樣、進(jìn)樣、反應(yīng)溶劑切換等由計(jì)算機(jī)全程控制，在1天內(nèi)篩選超過1500多個(gè)納摩爾量規(guī)模的Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)。在一組特定的硼酸酯和溴代吲哚底物的Suzuki-Miyaura偶聯(lián)反應(yīng)，8小時(shí)內(nèi)完成了576組反應(yīng)條件的篩選，僅消耗了50 mg的溴代吲哚原料，就給出了條件。在此條件基礎(chǔ)上，對(duì)物料比例、反應(yīng)濃度和反應(yīng)時(shí)間稍作調(diào)整，順利將反應(yīng)放大到0.41 mmol規(guī)模，收率81%。
相較于人工手動(dòng)合成，自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室合成在碳排放降低、時(shí)間成本壓縮及金錢成本節(jié)約方面均展現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢[2]。在一個(gè)自動(dòng)化光催化反應(yīng)系統(tǒng)中評(píng)估了它在進(jìn)行碳—碳鍵形成、有機(jī)污染光催化降解和固氮反應(yīng)任務(wù)時(shí)，相比手動(dòng)合成方法在碳排放、時(shí)間與金錢成本上的優(yōu)勢。由于自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室具備自我優(yōu)化能力、實(shí)驗(yàn)試劑的消耗量顯著減少、機(jī)器運(yùn)行的成本低于人工成本，而且機(jī)器能夠每天24小時(shí)不間斷地工作，即便人力每天工作14小時(shí)，自動(dòng)化合成系統(tǒng)也可將碳排放減少至手動(dòng)合成實(shí)驗(yàn)室的5%，同時(shí)節(jié)省超過一半的時(shí)間，其成本還不到手動(dòng)合成的20%。
自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室在成本、效率與環(huán)保層面的多重價(jià)值，正驅(qū)動(dòng)行業(yè)加速從人工依賴向自動(dòng)化轉(zhuǎn)型，而在這一轉(zhuǎn)型過程中，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)新路徑。
歐世盛公司基于過去十幾年來對(duì)自動(dòng)化核心零部件、智能化微反應(yīng)器、在線檢測儀器的原創(chuàng)性開發(fā)，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)完成，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)流程與在線檢測全流程自動(dòng)化的質(zhì)的飛躍。歐世盛自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室方案正將化學(xué)合成從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)”轉(zhuǎn)向“數(shù)據(jù)與智能驅(qū)動(dòng)”。自動(dòng)化與高通量的結(jié)合進(jìn)一步為AI和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用鋪平了道路，自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的建立也為大規(guī)模化學(xué)合成、新藥研發(fā)及材料科學(xué)等領(lǐng)域的研究提供了強(qiáng)有力的支持。
參考文獻(xiàn)：
[1]Science,2018,359,429.
[2]Journal of Nanjing Tech University(Natural Science Edition),2025,47,115.
