با هدایت هوش مصنوعی و با استفاده از یک سکوی رباتیک ، سیستمی که توسط محققان MIT ساخته شده است قدم به اتوماتیک تولید مولکولهای کوچکی که می تواند در پزشکی ، انرژی خورشیدی و شیمی پلیمر استفاده شود ، نزدیکتر می شود.
این سیستم که در شماره 8 اوت علوم شرح داده شده است ، می تواند شیمیدانان را از انواع کارهای روزمره و وقت گیر آزاد کند ، و ممکن است امکاناتی را برای نحوه ساخت ترکیبات جدید مولکولی پیشنهاد کند. جنسن ، استاد وارن K. لوئیس ، استاد مهندسی شیمی ، و تیموتی اف. جیمیسون ، استاد روبرت تیلور ، شیمی و اساتید وابسته در MIT.
جنسن می گوید ، این فناوری "نوید بخش کمک به مردم برای قطع کردن تمام قسمتهای خسته کننده ساختمان مولکولها" ، از جمله جستجوی مسیرهای واکنش بالقوه و ساخت اجزای یک خط مونتاژ مولکولی هر بار که یک مولکول جدید تولید می شود ، می باشد.
وی می افزاید: "و به عنوان شیمیدان ، ممکن است الهام بخش واکنشهای جدیدی باشد که قبلاً در مورد آنها فکر نکرده بودید."
سایر نویسندگان MIT در مقاله Science عبارتند از: کانر دبلیو کولی ، دیل A. توماس سوم ، جاستین ام لومدام ، جاناتان ن. جاورسکی ، کریستوفر پی. برین ، ویکتور شولتز ، تراویس هارت ، جوشوا S. فیشمن ، لوک راجرز ، هانیو گائو ، رابرت دبلیو هیکلین ، پیتر پی پلیرس ، جوشوا بیینگتون ، جان اس پیوتی ، ویلیام اچ. گرین و A. جان هارت.
از الهام گرفته تا دستور العمل تا محصول نهایی
سیستم جدید شامل سه مرحله اصلی است. ابتدا نرم افزارهایی که با هوش مصنوعی هدایت می شوند مسیری را برای سنتز یک مولکول پیشنهاد می کنند ، سپس شیمی دانان متخصص این مسیر را مرور کرده و آن را در یک "دستور العمل شیمیایی" تصفیه می کنند و در آخر این دستور العمل به یک سکوی رباتیک ارسال می شود که به طور خودکار سخت افزار را مونتاژ می کند و واکنش ها را انجام می دهد. که مولکول را می سازند.
کولی و همکارانش بیش از سه سال در تلاش هستند تا مجموعه نرم افزارهای منبع باز را ارائه دهند که مسیرهای سنتز احتمالی را پیشنهاد و اولویت بندی می کند. در قلب این نرم افزار چندین مدل شبکه عصبی وجود دارد که محققان میلیون ها واکنش شیمیایی که قبلاً منتشر شده از پایگاه داده های Reaxys و ثبت اختراعات و ثبت اختراع ایالات متحده آمریكا را آموزش داده اند. این نرم افزار از این داده ها برای شناسایی تحولات و شرایطی که به نظر می رسد برای ساخت یک ترکیب جدید مناسب است ، استفاده می کند.
کولی می گوید: "این امر به تصمیم گیری های سطح بالا در مورد انواع واسطه ها و مواد اولیه برای استفاده ، و سپس تجزیه و تحلیل های کمی دقیق تر در مورد شرایطی که ممکن است بخواهید استفاده کنید و اگر احتمالاً این واکنش ها موفقیت آمیز هستند ، کمک می کند."
وی خاطرنشان می کند: "یکی از انگیزه های اصلی طراحی نرم افزار این است که فقط مولکولی را که می دانیم یا واکنش هایی که درباره آنها می شناسیم پیشنهاد نمی دهد." "این می تواند مولکول های جدیدی را که هرگز ساخته نشده است تعمیم دهد."
شیمی دانان سپس مسیرهای سنتز پیشنهادی تولید شده توسط نرم افزار را بررسی می کنند تا یک دستور العمل کامل تر برای مولکول هدف تهیه کنند. شیمی دانان گاهی اوقات نیاز به انجام آزمایشگاه یا آزمایشگاه آزمایشگاهی با غلظت معرف و دمای واکنش ، از جمله تغییرات دیگر دارند.
سیستم جدید شامل سه مرحله اصلی است. ابتدا نرم افزارهایی که با هوش مصنوعی هدایت می شوند مسیری را برای سنتز یک مولکول پیشنهاد می کنند ، سپس شیمی دانان متخصص این مسیر را مرور کرده و آن را در یک "دستور العمل شیمیایی" تصفیه می کنند و در آخر این دستور العمل به یک سکوی رباتیک ارسال می شود که به طور خودکار سخت افزار را مونتاژ می کند و واکنش ها را انجام می دهد. که مولکول را می سازند. اعتبار: کانر کولی ، فلیس فرانکل
جمیسون می گوید: "آنها بعضی از الهامات را از هوش مصنوعی می گیرند و آن را به پرونده ی دستور العمل های اجرایی تبدیل می کنند ، به این دلیل که ادبیات شیمیایی در حال حاضر اطلاعات کافی برای انتقال مستقیم از الهام به اعدام بر روی یک سیستم خودکار ندارند."
دستورالعمل نهایی سپس روی سکویی بارگذاری می شود که یک بازوی روباتیک راکتورهای مدولار ، جداکننده ها و سایر واحدهای پردازشی را در یک مسیر جریان مداوم مونتاژ می کند و پمپ ها و خطوطی را که در اجزای مولکولی ایجاد می کنند ، متصل می کند.
توماس می گوید: "شما دستور العمل را بارگذاری می کنید - این همان چیزی است که سکوی رباتیک را کنترل می کند. شما رجنتس ها را بارگیری می کنید ، فشار می دهید و به شما امکان می دهد مولکول مورد علاقه را تولید کنید." "و سپس پس از اتمام ، سیستم آن را شاراب می کند و می توانید مجموعه بعدی معرفها و دستور العمل ها را بارگیری کرده و اجازه دهید آن را اجرا کنید."
برخلاف سیستم جریان مداوم که محققان سال گذشته ارائه دادند ، که باید پس از انجام هر سنتز به صورت دستی پیکربندی شوند ، سیستم جدید کاملاً توسط سیستم عامل رباتیک پیکربندی شده است.
جنسن می گوید: "این به ما توانایی ترتیب یك مولكول ها بعد از دیگری و همچنین ایجاد كتابخانه ای از مولكول ها بر روی سیستم را به صورت خودكار می دهد."
طراحی این سکو که تقریباً دو متر مکعب در ابعاد آن وجود دارد - کمی کوچکتر از هود بخار شیمیایی استاندارد - به یک تابلوی تلفن و سیستم اپراتور شباهت دارد که اتصالات بین ماژول های موجود روی سکو را جابجا می کند.
توماس می گوید: "بازوی رباتیک چیزی است که به ما امکان می دهد مسیرهای سیال را دستکاری کنیم ، که باعث کاهش تعداد ماژول های فرآیند و پیچیدگی سیال سیستم می شود و با کاهش پیچیدگی سیال می توانیم پیچیدگی مولکولی را افزایش دهیم." "این به ما این امکان را می دهد تا مراحل واکنش اضافی را اضافه کنیم و مجموعه واکنش هایی را که می تواند در یک سیستم با ردپای نسبتاً کوچک به اتمام برساند ، گسترش دهیم."
بیشتر بخوانید: مبانی فشار خلاء فشار شکن
به سمت اتوماسیون کامل
محققان با ایجاد 15 مولكول دارویی كوچك مختلف از پیچیدگی سنتز مختلف ، سیستم كامل را آزمایش كردند و فرآیندهای انجام شده در هر جایی بین دو ساعت برای ساده ترین ایجادها تا حدود 68 ساعت برای تولید چندین ترکیب انجام گرفت.
این تیم ترکیبات مختلفی را تولید کرده است: آسپیرین و آنتی بیوتیک اسیدیدازول در فرآیندهای برگشت به عقب. لیدوکائین ضد درد و دیازپام ضدعفونی کننده دارو در فرآیندهای برگشت به پشت با استفاده از مواد اولیه معرف معرفها. وارفارین رقیق کننده خون و داروی سافینامید بیماری پارکینسون ، برای نشان دادن اینکه چگونه این نرم افزار می تواند ترکیباتی را با اجزای مولکولی مشابه اما با ساختارهای 3 بعدی متفاوت طراحی کند. و یک خانواده از پنج داروی مهار کننده ACE و خانواده ای از چهار داروی ضد التهابی غیر استروئیدی.
جمیسون می گوید: "من به ویژه از تنوع شیمی و انواع واکنش های شیمیایی متفاوت افتخار می کنم."
کولی می گوید: "ما واقعاً در تلاش هستیم تا فاصله بین ایجاد ایده از این برنامه ها و آنچه را که برای انجام یک ترکیب استفاده می شود ، ببندیم." "ما امیدواریم که سیستم های نسل بعدی بخش دیگری از زمان و تلاش را بیشتر کنند تا دانشمندان بتوانند تلاشهای خود را بر خلاقیت و طراحی متمرکز کنند."
نظرات شما عزیزان:
