应用案例|利用自动化技术,10 天内合成 1500 种聚合物

RAMP 研究中心 (Rapid Automated Materials and Processing Center) 是澳大利亚国家科学机构联邦科学与工业研究组织 (CSIRO) 建立的最先进的快速自动化材料和加工实验室。通过将机器人和自动化设备互相结合,帮助科学家快速跟踪化学品的研发进度,从而加速新先进材料发现和工艺开发。

在澳大利亚,RAMP 中心是一家市场上比较罕有可以进行不同类型的配方研究、化学反应和表征的实验室,能应对多方面的研发领域如配方、纳米颗粒、催化、生物材料、化学合成和聚合物科学等。

面对这么复杂繁多的物料处理,RAMP 中心采用了自动化合成和表征技术,来增强大量多样的工业材料开发计划,这包括使用计算模型和机器人技术来加快材料发现和开发过程。同時, 让一众科学家可以释放双手,集中人力和资源在研发设计上,加速了研发进程,显着节省了产品设计和优化的成本。

对于辉瑞这样的全球制药巨头来说,实现速度和质量的双赢并非难事,但是作为一般制药企业,若想在市场中赢得一些优势,就必须借助更为安全、高效的研发工具和研发方法,而自动化设备无疑是当下最值得关注的提速、降本、增效方法之一。

6 个月内完成原本需要 5 年时间的实验,成功秘诀在哪?

要实现这个目标,听来似乎是一件匪夷所思的事情。不过,RAMP 研究中心充份利用了机器人和自动化概念,并引入了两台来自瑞士 Chemspeed 最大的机器人平台,包括适用于自动化配方筛选和工艺评价的 SWING 平台、以及用于自动化合成的 ISYNTH 平台

这两组全自动化平台分别配置了高通量配方反应器和自动化平行反应器,用于快速配方筛选和高效聚合物合成工作,另外这两组设备均配有可灵活移动的机械手,并搭配多种抓取工具来完成不同的实验任务,如 (在惰性气氛下) 固体、凝胶和液体的分配、回流、涡流混合、剪切混合、离心、干燥和超声等处理过程。

“ 与传统研究的手段相比,机器人和自动化设备可以在研发上做得更多,更高效地进行研究,因此我们投放在 RAMP 中心的自动化设备也较多”,负责管理 RAMP 中心的 Ben Muir 先生表示。

值得一提的是 RAMP 中心使用 Chemspeed 的 ISYNTH 化合物库全自动合成平台后,仅在 10 天内以 0.5 ~ 1.0 克的规格合成了近 1500 种聚合物,研发速度实在令人震惊

Chemspeed ISYNTH 化合物库全自动合成平台

Chemspeed 的 ISYNTH 化合物库全自动合成平台,允许在单一工作站上完成各种类型有机合成反应。ISYNTH 可实现有机合成全流程的自动化运行,全自动集成式、一站式的完成化合物库合成所需的反应准备、合成、后处理、分析和产物储存等工作。

RAMP 已经在许多材料研发细分领域取得了令人瞩目的成就 :

– RAFT 聚合

– 阴离子聚合

– 动力聚合研究

– 高分子纳米粒子配方

– 金属纳米粒子配方

– 亲和性纳米粒子自组装

– 介孔二氧化硅纳米颗粒

– MOF材料合成

– 离子液体合成

– 浸渍法催化剂合成

RAMP 使用自动化研发方式发表的部分论文:

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


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