Pasukan MIT menggunakan platform penemuan molekul autonomi gelung tertutup pembelajaran mesin untuk berjaya menemui, mensintesis dan menerangkan 303 molekul baharu.

Editor |

Memandangkan ahli kimia semakin menggunakan peralatan automatik dan algoritma sintesis ramalan, peralatan penyelidikan autonomi semakin hampir dan lebih dekat dengan realiti.

Baru-baru ini, penyelidik dari MIT telah membangunkan platform penemuan molekul autonomi gelung tertutup yang dikuasakan oleh alatan pembelajaran mesin bersepadu untuk mempercepatkan reka bentuk molekul dengan sifat yang dikehendaki. Terokai ruang kimia dan eksploitasi struktur kimia yang diketahui tanpa eksperimen manual.

Merentasi dua kajian kes, platform ini mencuba lebih 3000 tindak balas, lebih 1000 daripadanya menghasilkan produk tindak balas yang diramalkan, dan 303 molekul seperti pewarna yang tidak dilaporkan telah dicadangkan, disintesis dan dicirikan.

Kajian itu, bertajuk "Penemuan molekul yang didorong oleh pelbagai sifat: Daripada ramalan kepada pengukuran dan belakang", diterbitkan dalam "Sains" pada 22 Disember 2023.

Pautan kertas: https://www.science.org/doi/10.1126/science.adi1407

Menemui molekul kecil dengan sifat fungsi yang diingini adalah penting untuk kemajuan dalam kesihatan, tenaga dan pembangunan mampan. Proses ini biasanya diteruskan melalui kitaran Reka Bentuk-Buat-Ujian-Analisa (DMTA) yang perlahan, susah payah, berulang.

Alat pembelajaran mesin (ML) yang baru muncul boleh menjana molekul calon baharu, meramalkan sifatnya dan mencadangkan laluan tindak balas melalui perancangan sintesis bantuan komputer (CASP). Kemajuan dalam automasi kimia membolehkan sintesis dan pencirian kimia dengan campur tangan manusia yang minimum selepas persediaan manual.

Mengintegrasikan algoritma penjanaan ML, ramalan sifat ML, CASP, robotik dan sintesis kimia automatik, penulenan dan pencirian ke dalam aliran kerja DMTA membolehkan pembangunan platform penemuan kimia autonomi yang mampu beroperasi dalam pelbagai ruang kimia tanpa memerlukan konfigurasi semula Manual. Platform penemuan berpaksikan harta yang ideal akan mencadangkan dan mensintesis molekul untuk memperkayakan penjanaan pembelajaran mesin dan model hartanah, dan akhirnya menemui molekul berprestasi terbaik. Dalam amalan, adalah perlu untuk menolak tindak balas yang tidak boleh dilakukan dengan selamat oleh perkakasan automasi yang tersedia.

Untuk membolehkan penemuan autonomi, pasukan penyelidik daripada MIT menunjukkan gelung DMTA bersepadu yang secara berulang mencadangkan, melaksanakan dan mencirikan molekul, meneroka ruang kimia hanya berpandukan alat ramalan.

Pelengkapan graf menjana model untuk mereka bentuk molekul calon dan menggunakan model ML untuk menilai mereka bagi setiap tiga sifat ini. Alat CASP mencadangkan resipi sintesis berbilang langkah yang dilakukan oleh pengendali cecair automatik, reaktor kelompok, kromatografi cecair berprestasi tinggi (HPLC) dan lengan robotik. Pembaca plat mengukur spektrum penyerapan, masa pengekalan HPLC yang ditentukur memberikan pekali partition oktanol air, dan sumber cahaya suria simulasi digabungkan dengan pembaca plat untuk mengukur kemerosotan fotooksidatif. Sifat molekul yang diukur secara automatik disuap semula untuk melatih semula model ramalan sifat, melengkapkan satu langkah kitaran DMTA automatik.

Ikhtisar platform bersepadu, dan reaksi yang diramalkan dan berjaya dilaksanakan oleh platform. (Sumber: Kertas)

Para penyelidik menunjukkan platform dalam dua kes penggunaan penemuan molekul untuk pewarna organik molekul kecil: (i) meneroka ruang kimia yang tidak diketahui dan (ii) mengeksploitasi ruang kimia yang diketahui. Platform melaksanakan dan melaraskan aliran kerja secara automatik mengikut keperluan, dengan campur tangan manusia semasa dan antara lelaran terhad kepada menetapkan dan melaraskan matlamat, menyediakan bahan yang diperlukan dan kadangkala membetulkan ralat yang tidak boleh dipulihkan, seperti unit HPLC yang tersumbat.

Teroka ramalan dan percubaan kimia dengan kajian kes. (Sumber: Kertas)

Fleksibiliti platform adalah penting untuk melaksanakan laluan tindak balas berbilang langkah yang merangkumi keluasan kelas tindak balas yang diperlukan untuk melaksanakan calon meliputi ruang harta yang diingini. Kajian ini mengesahkan kefungsian platform ini dengan menyasarkan pewarna molekul, sistem model dengan kimia pelbagai dan sifat molekul kompleks. Merentasi dua kajian kes, platform ini mencuba lebih daripada 3000 tindak balas, lebih daripada 1000 daripadanya menghasilkan produk tindak balas yang diramalkan, melengkapkan laluan tindak balas berbilang langkah untuk 303 molekul yang tidak dilaporkan (iaitu, tanpa nombor penyertaan CAS sebelum penerbitan).

Untuk kedua-dua kajian kes, maksimum penyerapan, pekali sekatan dan kestabilan fotooksidasi adalah sifat sasaran, dan platform secara automatik mengukur dan merekodkan setiap sifat untuk memperhalusi ramalan model dan memaklumkan pilihan percubaan masa hadapan.

Para penyelidik berkata: "Lelaran masa hadapan platform akan mendapat manfaat daripada penambahbaikan dalam keupayaan ramalan, terutamanya kesetiaan tindak balas, pengesyoran keadaan dan penjanaan molekul, serta alat analisis. Pembangunan berterusan platform bersepadu gelung tertutup adalah cara untuk meneruskan mempercepatkan penemuan molekul." Jalan harapan."

Atas ialah kandungan terperinci Pasukan MIT menggunakan platform penemuan molekul autonomi gelung tertutup pembelajaran mesin untuk berjaya menemui, mensintesis dan menerangkan 303 molekul baharu.. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!