自2022世界人工智能大會(huì)（WAIC）首次公開(kāi)亮相后，晶泰科技自動(dòng)化合成實(shí)驗(yàn)室引起了業(yè)內(nèi)外同仁的廣泛關(guān)注和好奇：

• 晶泰科技的自動(dòng)化合成實(shí)驗(yàn)室長(zhǎng)什么樣？

• 它可以實(shí)現(xiàn)哪些功能?

• 相比傳統(tǒng)模式，自動(dòng)化合成系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢(shì)和亮點(diǎn)？

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是時(shí)候一起來(lái)了解一下晶泰科技的自動(dòng)化合成實(shí)驗(yàn)室了。

揭開(kāi)晶泰科技自動(dòng)化合成系統(tǒng)的神秘面紗

自2019年起，晶泰科技便開(kāi)始探索自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的自主研發(fā)之路，已在自動(dòng)化化學(xué)合成等場(chǎng)景中成熟應(yīng)用。

● 軟硬兼施：晶泰科技自主研發(fā)的自動(dòng)化工站與控制系統(tǒng)

晶泰科技在上海和深圳兩地均建有一流的化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)室，目前面積約 7500 平方米，其中自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室面積超過(guò) 3000 平方米，配備自動(dòng)化工作站 200 多臺(tái) ，通過(guò)自主研發(fā)的云端軟件控制系統(tǒng)，可以遠(yuǎn)程操控自動(dòng)化工站和起串聯(lián)作用的AGV小車，并實(shí)時(shí)記錄實(shí)驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)和結(jié)果，有效保證了實(shí)驗(yàn)記錄的及時(shí)性、完整性、規(guī)范性和可追溯性。

自動(dòng)化合成系統(tǒng)能做什么？

無(wú)論是在高通量平行反應(yīng)，還是多步自動(dòng)化合成反應(yīng)，晶泰科技人機(jī)結(jié)合的自動(dòng)化合成實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都可大幅提高合成效率，助力客戶突破藥物研發(fā)項(xiàng)目的合成限速步驟，提高藥物研發(fā)的效率，而我們的終極目標(biāo)是在所有的人工實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景中用自動(dòng)化合成替代人工合成。

 ● 1．高通量平行反應(yīng)

應(yīng)用在化合物庫(kù)合成，催化劑篩選，反應(yīng)條件優(yōu)化和方法學(xué)研究等場(chǎng)景里面。

自動(dòng)化合成在高通量反應(yīng)或平行反應(yīng)中，有明顯的優(yōu)勢(shì)。那些重復(fù)、繁重而耗時(shí)的工作交給自動(dòng)化機(jī)器來(lái)做，可以7*24h不停歇地開(kāi)設(shè)反應(yīng)，處理反應(yīng)，以及純化產(chǎn)物，減少人為失誤和環(huán)境改變帶來(lái)的偏差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更可控。

● 2．多步自動(dòng)化合成

應(yīng)用在苗頭/先導(dǎo)化合物的篩選和優(yōu)化，多個(gè)骨架探索，以及大量SAR，同時(shí)探索多個(gè)基團(tuán)替換等場(chǎng)景里面。

自動(dòng)化合成，可以同時(shí)探索多條反應(yīng)路線，其效率是普通人工所不能比擬的。

圖1   晶泰科技自動(dòng)化化學(xué)合成服務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景

自動(dòng)化合成系統(tǒng)有哪些優(yōu)勢(shì)和亮點(diǎn)？

我們將通過(guò)一個(gè)案例帶你了解“人機(jī)結(jié)合”有怎樣的優(yōu)勢(shì)。

項(xiàng)目背景：客戶購(gòu)買了晶泰科技5個(gè)FTE，需要合成78個(gè)藥化分子（平均每個(gè)分子反應(yīng)步數(shù)約為5步），每個(gè)交貨20mg，希望在20周內(nèi)完成交貨（基于IP保護(hù)，我們不便透露客戶的名稱）

晶泰科技解決方案：采用“人機(jī)結(jié)合”的服務(wù)模式，F(xiàn)TE組合配備了：1個(gè)組長(zhǎng)+3個(gè)研究員+1個(gè)自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室操作員。

 ● 1．人機(jī)結(jié)合，效率提升

此項(xiàng)目需要合成78個(gè)藥化分子，平均每個(gè)分子反應(yīng)步數(shù)約為5步，那么總共需要合成推進(jìn)390步。

傳統(tǒng)人工模式下，按每人每周同時(shí)推進(jìn)兩條路線，每條路線上成功推進(jìn)兩步來(lái)計(jì)算，一個(gè)5人組需要將近20周完成（390/(5X4)=19.5）。

而人機(jī)結(jié)合模式下，5人+3臺(tái)自動(dòng)化合成工站（自動(dòng)化工站還沒(méi)有滿負(fù)荷運(yùn)行），不到10周就完成了，成功交付72個(gè)分子，交付率92%，效率提升到傳統(tǒng)人工模式的2倍。

圖2  該項(xiàng)目中其中一條線路（基于該項(xiàng)目的IP保護(hù)，已對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行模糊處理）

眾所周知，每個(gè)化學(xué)反應(yīng)的難易程度和復(fù)雜度情況不一，這里我們只是列舉了一個(gè)代表多步反應(yīng)且難度中等的例子，效率提升至人工的2倍；如果是高通量的平行反應(yīng)，用自動(dòng)化合成工站來(lái)做，效率大概能在多步自動(dòng)化合成場(chǎng)景基礎(chǔ)上再額外提升50%~100%。

 ● 2．質(zhì)量穩(wěn)定，復(fù)現(xiàn)率高

可復(fù)現(xiàn)率代表了實(shí)驗(yàn)交付的穩(wěn)定度， 當(dāng)采用人工方式進(jìn)行化學(xué)合成時(shí)，同一反應(yīng)由不同的人來(lái)操作，或者相同的人在不同的時(shí)候甚至是不同的天氣來(lái)操作的話，反應(yīng)結(jié)果都可能會(huì)有一些差別。

而切換到人機(jī)結(jié)合的自動(dòng)化合成場(chǎng)景下，在自動(dòng)化系統(tǒng)的高效加持下，可實(shí)現(xiàn)高通量，自動(dòng)化，穩(wěn)定高效。經(jīng)過(guò)晶泰科技自動(dòng)化系統(tǒng)近10000個(gè)反應(yīng)的測(cè)試，系統(tǒng)質(zhì)量穩(wěn)定，實(shí)驗(yàn)可復(fù)現(xiàn)率大于95%。

圖3  高通量、自動(dòng)化的化學(xué)合成

 ● 3．可承擔(dān)危險(xiǎn)反應(yīng)，安全防護(hù)

安全性是所有工作中最重要的一項(xiàng)內(nèi)容。在保障實(shí)驗(yàn)人員的人身安全、減少實(shí)驗(yàn)人員直接接觸放射性/易燃易爆等危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)這一方面，自動(dòng)化機(jī)器展現(xiàn)了明顯的優(yōu)勢(shì)。自動(dòng)化工站可代替人工進(jìn)行高危實(shí)驗(yàn)，避免實(shí)驗(yàn)人員直接接觸。而一些易燃易爆危險(xiǎn)性反應(yīng)如果能用機(jī)器做，其作用就像排爆機(jī)器人，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員有很好的保護(hù)。

 ● 4．可覆蓋80%常見(jiàn)反應(yīng)類型，普適性高

晶泰科技的自動(dòng)化合成系統(tǒng)可覆蓋酰胺合成、Suzuki，Buchwald等金屬參與的偶聯(lián)反應(yīng)、親核取代等80%常見(jiàn)反應(yīng)類型，可控制反應(yīng)溫度從0 到150攝氏度的變化，兼容固體和液體的精準(zhǔn)計(jì)量，實(shí)現(xiàn)了LCMS自動(dòng)監(jiān)測(cè)反應(yīng)，利用自動(dòng)化手套箱工站，可進(jìn)行無(wú)水無(wú)氧操作等等。

實(shí)現(xiàn)了無(wú)水無(wú)氧操作的自動(dòng)化，除了能拓展自動(dòng)化覆蓋的有機(jī)反應(yīng)范圍，以及獲得更好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果外，更重要的是，自動(dòng)化手套箱工站成為了一件人人都能上手的設(shè)備和工具，把無(wú)水無(wú)氧操作的門檻降低了。類似的例子還有不少，自動(dòng)化合成系統(tǒng)，某種程度上就像電子游戲中功能強(qiáng)大的武器裝備，一旦擁有，將極大提高玩家的戰(zhàn)斗力。即使是剛參加工作的畢業(yè)生，在自動(dòng)化合成系統(tǒng)的加持下，也能很快達(dá)到有數(shù)年工作經(jīng)驗(yàn)的合成人員的產(chǎn)出。

圖4 晶泰科技手套箱工站

 ●5．結(jié)合AI模型，提升反應(yīng)成功率

在晶泰科技自主研發(fā)的智能化自動(dòng)化藥物研發(fā)平臺(tái)中，物理模型產(chǎn)生的干實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為AI建模提供了支持，而人機(jī)結(jié)合的自動(dòng)化合成實(shí)驗(yàn)，不僅能實(shí)現(xiàn)7*24小時(shí)不間斷工作，減少人為失誤和依賴，保證高效并行，更重要的是能產(chǎn)生更多標(biāo)準(zhǔn)化、高質(zhì)量的濕實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，反饋給AI模型并持續(xù)迭代優(yōu)化，從而進(jìn)一步提升反應(yīng)效率和成功率。

不久的未來(lái)，晶泰科技還將繼續(xù)擴(kuò)大自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)室的規(guī)模，屆時(shí)，涵蓋數(shù)千臺(tái)工站的自動(dòng)化工站集群，將與人工智能計(jì)算平臺(tái)，以及經(jīng)驗(yàn)豐富的專家團(tuán)隊(duì)一起，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的資源調(diào)度和更多研發(fā)場(chǎng)景的自動(dòng)控制，為更多創(chuàng)新藥物研發(fā)增速提效，保駕護(hù)航。