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Nature论文 | 探索新型化学反应的AI机器人诞生!有望加速药物发现

18年07月25日     药明康德AI

[导读]近日,来自格拉斯哥大学(University of Glasgow)的研究人员完成了一项新研究:他们训练出了一个人工智能驱动的有机化学合成机器人……

来源:药明康德AI

近日,来自格拉斯哥大学(University of Glasgow)的研究人员完成了一项新研究:他们训练出了一个人工智能驱动的有机化学合成机器人,从而使探索大量化学反应的过程实现自动化。这项研究发表在了《自然》上,研究人员称,这项研究能够变革分子的发现方式。

说到有机化学合成机器人,你可能会想象有一个人形机器人在实验室里走来走去,或者是一条机械手臂拿着五颜六色的试管在做各种试验。然而,此次格拉斯哥大学研究人员开发的机器人却和你想象的大相径庭:这套机器人系统包含一系列泵和反应器,并与质谱仪、核磁共振光谱仪及看红外光谱仪等仪器连接到一起。

▲机器人系统的外观示意图(图片来源:《自然》)

这些泵中都装有需要进行混合的化学样品,然后将溶液放入反应器烧瓶中,并导入不同类型的光谱仪进行分析。机器人系统将会对不同光谱仪的信息进行研究,从而判断在这过程中是否出现了化学反应,若未出现任何反应则给出0分,反之则给出1分。这个过程听上去貌似很简单,但是在其背后有着强大的机器学习算法作为支撑,并使用数据驱动的方法来对分子进行定位,而并未局限于已知的数据库和有机合成的常用规则。

该团队使用这个机器人系统,对18种不同的起始化学物质组合而成的约1000个反应进行了搜索,从而展示了该系统的潜力。令人惊讶的是,仅在探索了大约100种可能的化学反应之后,机器人系统就能以超过80%的准确度来预测应该搜索哪些起始化学物质的组合,从而产生新的反应和分子。

▲该研究中使用的算法示意图(图片来源:《自然》)

通过对这些化学物质组合进行搜索,机器人系统发现了一系列从前未知的新分子和新化学反应,甚至其中的一个新化学反应是目前最独特反应中的前1%。同时,该系统可以同时进行6次实验,其一天之内可以完成的实验总数高达36次,和人类一天只能进行3-4项实验相比,该系统在数量上的表现也令人印象深刻。

该研究的负责人,格拉斯哥大学化学系的Lee Cronin教授表示:“通过这项研究,我们可以对化学物质和反应进行实时搜索,从而发现具有宝贵应用价值的新分子和新药物。同时,这项研究可以削减药物发现的成本和时间,并且大幅提高安全性。我们的这项发现,预示着化学研究已经进入了新的数字时代。”

参考资料:

[1] Robot chemist discovers new molecules and reactions

[2] Robot chemist could revolutionise study of new molecules through machine learning

[3] Boffins mix AI and chemicals to create super-fast lab assistant

[4] Controlling an organic synthesis robot with machine learning to search for new reactivity

 

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