應用案例｜利用自動化技術，10 天內合成 1500 種聚合物
RAMP 研究中心 (Rapid Automated Materials and Processing Center) 是澳大利亞國家科學機構聯邦科學與工業(yè)研究組織 (CSIRO) 建立的最先進的快速自動化材料和加工實驗室。通過將機器人和自動化設備互相結合，幫助科學家快速跟蹤化學品的研發(fā)進度，從而加速新先進材料發(fā)現和工藝開發(fā)。
在澳大利亞，RAMP 中心是一家市場上比較罕有可以進行不同類型的配方研究、化學反應和表征的實驗室，能應對多方面的研發(fā)領域如配方、納米顆粒、催化、生物材料、化學合成和聚合物科學等。
面對這么復雜繁多的物料處理，RAMP 中心采用了自動化合成和表征技術，來增強大量多樣的工業(yè)材料開發(fā)計劃，這包括使用計算模型和機器人技術來加快材料發(fā)現和開發(fā)過程。同時, 讓一眾科學家可以釋放雙手，集中人力和資源在研發(fā)設計上，加速了研發(fā)進程，顯著節(jié)省了產品設計和優(yōu)化的成本。
對于輝瑞這樣的全球制藥巨頭來說，實現速度和質量的雙贏并非難事，但是作為一般制藥企業(yè)，若想在市場中贏得一些優(yōu)勢，就必須借助更為安全、高效的研發(fā)工具和研發(fā)方法，而自動化設備無疑是當下最值得關注的提速、降本、增效方法之一。
6?個月內完成原本需要?5?年時間的實驗，成功秘訣在哪?
要實現這個目標，聽來似乎是一件匪夷所思的事情。不過，RAMP?研究中心充份利用了機器人和自動化概念，并引入了兩臺來自瑞士?Chemspeed?最大的機器人平臺，包括適用于自動化配方篩選和工藝評價的?SWING?平臺、以及用于自動化合成的?ISYNTH?平臺。
這兩組全自動化平臺分別配置了高通量配方反應器和自動化平行反應器，用于快速配方篩選和高效聚合物合成工作，另外這兩組設備均配有可靈活移動的機械手，并搭配多種抓取工具來完成不同的實驗任務，如 (在惰性氣氛下) 固體、凝膠和液體的分配、回流、渦流混合、剪切混合、離心、干燥和超聲等處理過程。
“ 與傳統(tǒng)研究的手段相比，機器人和自動化設備可以在研發(fā)上做得更多，更高效地進行研究，因此我們投放在 RAMP 中心的自動化設備也較多”，負責管理 RAMP 中心的 Ben Muir 先生表示。
值得一提的是?RAMP?中心使用?Chemspeed?的?ISYNTH?化合物庫全自動合成平臺后，僅在?10?天內以?0.5?~?1.0?克的規(guī)格合成了近?1500?種聚合物，研發(fā)速度實在令人震驚。
Chemspeed?的?ISYNTH?化合物庫全自動合成平臺，允許在單一工作站上完成各種類型有機合成反應。ISYNTH?可實現有機合成全流程的自動化運行，全自動集成式、一站式的完成化合物庫合成所需的反應準備、合成、后處理、分析和產物儲存等工作。
RAMP?已經在許多材料研發(fā)細分領域取得了令人矚目的成就?：
– RAFT 聚合
– 陰離子聚合
– 動力聚合研究
– 高分子納米粒子配方
– 金屬納米粒子配方
– 親和性納米粒子自組裝
– 介孔二氧化硅納米顆粒
– MOF材料合成
– 離子液體合成
– 浸漬法催化劑合成
RAMP 使用自動化研發(fā)方式發(fā)表的部分論文:
1. An ultrafast insulin formulation enabled by high-throughput screening of engineered polymeric excipients: Sci. Transl. Med.12, eaba6676 (2020)
2. Ab initio RAFT emulsion polymerization mediated by small cationic RAFT agents to form polymers with low molar mass dispersity: Polym. Chem.,2019, 10, 5044-5051
3. RAFT 20 Years Later: RAFT-Synthesis of Uniform, Sequence-Defined (Co)polymers: DOI: 10.1021/bk-2018-1284.ch004
4. Self-assembled Lyotropic Liquid Crystalline Phase Behavior of Monoolein–Capric Acid–Phospholipid Nanoparticulate Systems: Langmuir2017, 33, 10, 2571–2580