近日，浙江大学杭州国际科创中心（简称科创中心）生物与分子智造研究院方群、潘建章团队与浙江大学化学系、之江实验室相关研究团队合作研发了一款自动化、高通量、智能化的化学合成、表征和筛选系统，可完成秒级的超快速光催化反应和每天高达10000个反应的超大规模筛选，真正实现让“机器人”装上“超级大脑”代替人工高效率开展化学实验。
够多：每日高达10000个反应
传统有机合成反应是劳动密集型实验方式，反应的优化和筛选费时费力。近年来，随着自动化机器人技术、流动化学技术及人工智能（AI）技术的发展，各种自动化、高通量、智能化有机合成和筛选系统逐渐涌现。然而，目前这类系统的合成及筛选通量仍难以满足AI技术应用的需求。
研究团队研发的自动化、高通量、智能化的化学合成、表征和筛选系统充分结合了微流控技术、液芯波导（LCW）技术、在线光谱检测技术、AI技术以及科创中心自动化iChemFoundry平台优势，能够完成秒级的超快速光催化反应和高达10000个反应/天的超高通量反应条件筛选，已成为目前文献报道的最高有机合成反应筛选通量。
自动化超高通量光催化合成和筛选系统的流路和组成
够快：首创微流控液芯波导微反应器技术
在科创中心iChemFoundry平台，多个功能岛沿着运行轨道有序布局，可实现从反应物制备、前处理、化学合成反应、后处理、表征和数据分析等一系列自动化化学合成和表征操作。本次成果，就源于其中的光催化合成岛。
研究团队依托微流控LCW技术，设计并构建了新型光催化微反应器，将高强度激光以LCW光照方式引入微反应器通道，借助超高的光强、均匀的光照、稳定的反应器温度控制和微流控尺度效应，使得反应底物仅在通道中停留3.3秒即可完全转化，足足将反应时间缩短了4300倍，已成为目前文献报道的最快光催化反应速度。此外，采用自动化换样系统和AI辅助的非稳态实验模式，系统最高反应筛选通量达到10000个条件/天，目前，在全球范围内，自动合成筛选系统的最高通量仅为1500个反应/天。
就这样，通过与iChemFoundry平台的反应物制备功能岛联用，系统可以按需配制反应物和光催化剂母液，并通过中央轨道式机器人将其转移到光催化合成岛，在数秒内完成反应物混合物的自动制备、更换、引入、超快速光催化反应、反应产物的在线UV-Vis吸收光谱检测以及不同反应条件的筛选，无需任何人工操作和干预。
光催化[2+2]环加成的高通量条件筛选
够强：高底物浓度与高产率并存
一直以来，在传统的批式光催化系统中，如何在提高底物浓度的同时确保高产率一直是一个严峻的挑战。
研究团队通过分析12000个大规模条件筛选的实验结果(如图)，发现该系统能大幅提高底物浓度至2.0M，几近底物的溶解极限，这相当于传统批式反应器结果的200倍。
在进一步分析中，团队还发现，高底物浓度下的高产率源于光催化微反应器的高光强和快速传质效应，这一突破性成果对于光催化环加成反应的放大化及相关药物的工业生产具有重要意义。
光催化[2+2]环加成反应的12,000种条件筛选结果
够未来：探寻广阔未知的化学空间
12000个高质量实验数据，能用来做什么？如果给到人工智能专家，或许能打开一个新世界。
研究团队基于系统所获得的12000个高质量大数据，进一步尝试了AI辅助的跨底物与跨光催化剂预测，取得了令人振奋的结果——人工智能预测结果与实际实验结果相比具有较高的一致性！
人工智能可以赋予人类更为精准的“化学直觉”，为进一步探索智能化技术指导化学合成的可能性提供新的策略，让更多未知的化学空间可以得到关注。
*浙江大学化学系博士生卢佳敏、浙江大学杭州国际科创中心博士后王慧峰、郭启航为本文共同第一作者，共同通讯作者为浙江大学化学系方群教授、陆展教授、潘建章副研究员和之江实验室陈广勇研究员。该工作得到了国家科技部和国家自然科学基金等项目的资助，同时获得了浙江大学杭州国际科创中心iChemFoundry平台合作基金的支持。
论文链接：
https://doi.org/10.1038/s41467-024-53204-6
文字：孔晓睿 方群团队
本文编辑：孔晓睿
审核：潘怡蒙
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