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AI賦能,流動化學(xué)“智”啟未來

 更新時間:2025-02-13 點擊量:358

根據(jù)GGI最新的研究數(shù)據(jù),2024年全球流動化學(xué)市場規(guī)模為25.37億美元,預(yù)計2025年將達(dá)27.76億美元,到2033年將達(dá)56.95億美元,預(yù)測期間(2025-2033年)年復(fù)合增長率為9.4%。


從市場趨勢來看,流動化學(xué)市場正在迅速發(fā)展,這得益于技術(shù)的進(jìn)步和對高效、可持續(xù)生產(chǎn)方法日益增長的需求。與傳統(tǒng)的批次生產(chǎn)方式相比,流動化學(xué)通過連續(xù)化操作,顯著縮短了反應(yīng)周期,同時極大地提升了生產(chǎn)的靈活性和可擴(kuò)展性。這種技術(shù)在精確調(diào)控反應(yīng)條件方面表現(xiàn)出色,使其在制藥、石化以及農(nóng)業(yè)化學(xué)品等對工藝精度要求高的行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)據(jù)顯示,在制藥領(lǐng)域,超過50%的新藥開發(fā)項目都采用了流動化學(xué),突顯了其在制藥行業(yè)日益增長的重要性。全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和綠色制造的重視程度不斷提高,也推動了綠色化學(xué)的發(fā)展。流動化學(xué)過程在減少廢棄物產(chǎn)生和降低能源消耗方面表現(xiàn)出色,這與全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)高度契合。與傳統(tǒng)批次方法相比,流動化學(xué)顯著降低了碳排放,推動了農(nóng)業(yè)化學(xué)品和特種化學(xué)品等行業(yè)的需求增長。


此外,尤為值得關(guān)注的是,流動化學(xué)作為一種高效、可持續(xù)的化學(xué)合成技術(shù),正借助AI的力量實現(xiàn)從實驗室到工業(yè)生產(chǎn)的全面升級。AI技術(shù)能夠優(yōu)化反應(yīng)條件,預(yù)測潛在的工藝問題,并通過機(jī)器學(xué)習(xí)不斷改進(jìn)生產(chǎn)流程,這種技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了生產(chǎn)效率,還降低了運(yùn)營成本。流動化學(xué)與自動化技術(shù)以及AI的深度融合,正在重塑全球工業(yè)化學(xué)品生產(chǎn)的格局,行業(yè)邁向更加高效、智能和環(huán)保的未來。我們可以看到,流動化學(xué)與自動化及人工智能的融合正催生出一系列創(chuàng)新案例。




自動化與AI驅(qū)動的光催化反應(yīng)優(yōu)化

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為了滿足復(fù)雜光催化反應(yīng)條件的高效優(yōu)化需求,荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)Timothy No?l教授團(tuán)隊開發(fā)了一個名為RoboChem的機(jī)器人平臺。RoboChem能夠促進(jìn)光催化轉(zhuǎn)化的自優(yōu)化、過程強(qiáng)化和放大生產(chǎn),是一個集成自動化和AI的流動化學(xué)平臺,通過機(jī)器人技術(shù)、貝葉斯優(yōu)化算法和實時數(shù)據(jù)分析,實現(xiàn)了光催化反應(yīng)的自動化優(yōu)化。該平臺能夠自動調(diào)整反應(yīng)參數(shù)(如光照強(qiáng)度、反應(yīng)物濃度、停留時間等),并根據(jù)實驗結(jié)果實時優(yōu)化反應(yīng)條件。例如,在光催化烷基化反應(yīng)中,RoboChem在4小時內(nèi)完成了19次實驗,最終獲得了99%的分離收率。此外,該平臺還支持多目標(biāo)優(yōu)化,如同時優(yōu)化產(chǎn)物收率和產(chǎn)量,顯著提高了時空產(chǎn)率。


RoboChem能夠自主運(yùn)行,無需在光催化或放大工藝方面具備廣泛的專業(yè)知識即可獲得最佳結(jié)果。這使得RoboChem成為一個協(xié)作機(jī)器人平臺,適用于各類合成有機(jī)化學(xué)實驗室,不論用戶對光催化的熟悉程度如何。

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AI加持的高通量篩選

相比傳統(tǒng)的間歇式光催化反應(yīng)器,流動式光催化微反應(yīng)器可將反應(yīng)時間從數(shù)天或數(shù)小時縮短到幾小時甚至幾分鐘。然而,盡管當(dāng)前流動光催化系統(tǒng)在反應(yīng)速度上有了顯著提升,其通量仍遠(yuǎn)低于化學(xué)合成領(lǐng)域?qū)Υ髷?shù)據(jù)驅(qū)動的AI技術(shù)應(yīng)用所需的規(guī)模,而這一技術(shù)被認(rèn)為具有變革性地提高化學(xué)合成研發(fā)效率的潛力。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn),浙江大學(xué)方群教授等團(tuán)隊開發(fā)了一種自動化高通量系統(tǒng),利用微流體液芯波導(dǎo)(LCW)、自動微流體液體處理和AI技術(shù),實現(xiàn)了秒級的超快速光催化反應(yīng)和每天高達(dá)10,000次的超大規(guī)模篩選。


該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的反應(yīng)物混合物制備、轉(zhuǎn)換、引入,進(jìn)行秒級的超快光催化反應(yīng),在線光譜檢測反應(yīng)產(chǎn)物,以及不同反應(yīng)條件的篩選。研究人員將該系統(tǒng)應(yīng)用于光催化[2 + 2]環(huán)加成反應(yīng)的12,000種反應(yīng)條件的大規(guī)模篩選,其中包含多個連續(xù)和離散變量,實現(xiàn)了每天高達(dá)10,000種反應(yīng)條件的超高通量篩選?;谶@些數(shù)據(jù),通過AI算法(如XGB回歸模型),研究人員能夠高效地預(yù)測和優(yōu)化反應(yīng)條件,顯著提高了篩選通量和數(shù)據(jù)質(zhì)量。這種系統(tǒng)不僅加速了光催化反應(yīng)的優(yōu)化,還為AI在化學(xué)合成中的應(yīng)用提供了堅實的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

AI與連續(xù)流工藝優(yōu)化

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由Astex制藥公司與劍橋大學(xué)合作開展的研究中,開發(fā)了一種創(chuàng)新的多任務(wù)貝葉斯優(yōu)化算法(MTBO),用于流動化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)化。該算法通過整合預(yù)先存在的數(shù)據(jù)和自我優(yōu)化算法,能夠高效處理復(fù)雜的反應(yīng)條件優(yōu)化問題,顯著提升了反應(yīng)效率和產(chǎn)物收率。在實際應(yīng)用中,研究人員利用MTBO算法對多種有機(jī)反應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化,不僅減少了實驗時間和成本,還提高了反應(yīng)的可重復(fù)性和穩(wěn)定性。這種優(yōu)化方法的核心優(yōu)勢在于,它能夠充分利用已有的實驗數(shù)據(jù),通過計算機(jī)模擬和實驗優(yōu)化相結(jié)合的方式,快速找到最佳的反應(yīng)條件。這種方法不僅適用于常見的有機(jī)合成反應(yīng),如Suzuki偶聯(lián)和Buchwald-Hartwig反應(yīng),還能夠針對不同反應(yīng)底物的特性進(jìn)行定制化優(yōu)化。此外,MTBO算法的靈活性還體現(xiàn)在其能夠處理多目標(biāo)優(yōu)化問題,即同時考慮多個反應(yīng)參數(shù)的優(yōu)化,這在傳統(tǒng)優(yōu)化方法中是難以實現(xiàn)的。

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AI助力高能液體燃料連續(xù)流生產(chǎn)

法國CLEE項目由法國國防創(chuàng)新機(jī)構(gòu)資助,Alysophil、MBDA和Inria聯(lián)合牽頭,致力于利用人工智能(AI)技術(shù)實現(xiàn)高能液體燃料及新型燃料的連續(xù)流生產(chǎn)。該項目旨在通過AI技術(shù)優(yōu)化燃料生產(chǎn)過程,充分利用燃料能量并控制其可用性。目前,團(tuán)隊已在Alysophil實驗室成功生產(chǎn)并分析出參考燃料的樣品,并啟動了中試化學(xué)裝置的建設(shè)。在CLEE項目中,AI技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。通過模擬數(shù)百萬種組合,AI能夠快速發(fā)現(xiàn)新分子,極大地提高了識別新產(chǎn)品的速度和有效性。AI 在該項目中發(fā)揮了關(guān)鍵作用,通過模擬數(shù)百萬種組合來發(fā)現(xiàn)新分子,極大地提高了識別新產(chǎn)品的速度及其有效性。除了用于控制連續(xù)流化學(xué)反應(yīng),AI 還有助于 MBDA 和 Alysophil 探索進(jìn)一步提升未來性能的新途徑,并且能夠靈活調(diào)整工具以生產(chǎn)其他類型的燃料。

微反應(yīng)加氫自動化智能化新突破

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歐世盛公司自主開發(fā)的H-Flow微反應(yīng)加氫平臺,結(jié)合機(jī)器人及H-Flow軟件,與樣品在線采集、樣品在線稀釋、在線檢測設(shè)備串聯(lián),為實驗室智能化發(fā)展提供了有力的支持。該平臺可實現(xiàn)對安捷倫HPLC的精確控制,自動定量采集樣品、自動稀釋,自動提取HPLC數(shù)據(jù)結(jié)果、以及反應(yīng)參數(shù)信息和樣品處理數(shù)據(jù),最終將所有數(shù)據(jù)在歐世盛H-Flow軟件中形成數(shù)據(jù)報告表格,實現(xiàn)了加氫反應(yīng)過程的全面智能化管理、全天候工作,顯著提高了工藝開發(fā)的整體效率,展現(xiàn)了流動化學(xué)與在線檢測數(shù)據(jù)的結(jié)合,為化學(xué)科研的人工智能平臺系統(tǒng)提供了堅實的底層數(shù)據(jù)支持和系統(tǒng)支撐。


AI賦能,流動化學(xué)“智


歐世盛H-Flow微反應(yīng)加氫平臺集成機(jī)器人后,實現(xiàn)了自動化智能化的新突破:

● 加氫反應(yīng)全流程自動化;

● 樣品采集自動化;

● 在線實時檢測自動化;

● 實時數(shù)據(jù)分析自動化;

 工藝流程高度標(biāo)準(zhǔn)化。







AI技術(shù)浪潮洶涌而來,DeepSeek的橫空出世,引爆了AI行業(yè)的技術(shù)普惠浪潮,也為流動化學(xué)領(lǐng)域帶來了創(chuàng)新引擎。流動化學(xué)的應(yīng)用正被注入活力,有望在未來幾年內(nèi)實現(xiàn)顯著加速。通過自動化設(shè)備和AI算法,研究人員能夠更高效地優(yōu)化反應(yīng)條件,設(shè)計和預(yù)測反應(yīng)路徑、設(shè)計和預(yù)測新分子、進(jìn)行高通量篩選與自動化實驗、實時監(jiān)控與故障診斷等,從而提高生產(chǎn)效率,減少資源浪費,探索新的化學(xué)反應(yīng)機(jī)制和合成方法,并推動學(xué)科創(chuàng)新。這些技術(shù)的應(yīng)用不僅加速了實驗室研究的進(jìn)程,還為工業(yè)化學(xué)品生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的解決方案。


隨著AI與流動化學(xué)的深度融合,我們有理由相信,流動化學(xué)將在全球化學(xué)工業(yè)中發(fā)揮更加重要的作用。




產(chǎn)品目錄

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