自成一派 | 解锁晶泰科技自动化合成实验室:人机结合,降本增效

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自2022世界人工智能大会(WAIC)首次公开亮相后,晶泰科技自动化合成实验室引起了业内外同仁的广泛关注和好奇:

  • 晶泰科技的自动化合成实验室长什么样?

  • 它可以实现哪些功能?

  • 相比传统模式,自动化合成系统有哪些优势和亮点?

  • ……

是时候一起来了解一下晶泰科技的自动化合成实验室了。

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揭开晶泰科技自动化合成系统
的神秘面纱
自2019年起,晶泰科技便开始探索自动化实验室的自主研发之路,已在自动化化学合成等场景中成熟应用。
● 软硬兼施:晶泰科技自主研发的自动化工站与控制系统

晶泰科技在上海和深圳两地均建有一流的化学合成实验室,目前面积约 7500 平方米,其中自动化实验室面积超过 3000 平方米,配备自动化工作站 150 台 ,通过自主研发的云端软件控制系统,可以远程操控自动化工站和起串联作用的AGV小车,并实时记录实验过程数据和结果,有效保证了实验记录的及时性、完整性、规范性和可追溯性。

跟着视频,探索晶泰科技自动化实验室
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自动化合成系统能做什么?

无论是在高通量平行反应,还是多步自动化合成反应,晶泰科技人机结合的自动化合成实验系统都可大幅提高合成效率,助力客户突破药物研发项目的合成限速步骤,提高药物研发的效率,而我们的终极目标是在所有的人工实验场景中用自动化合成替代人工合成。

 ● 1高通量平行反应

应用在化合物库合成,催化剂筛选,反应条件优化和方法学研究等场景里面。

自动化合成在高通量反应或平行反应中,有明显的优势。那些重复、繁重而耗时的工作交给自动化机器来做,可以7*24h不停歇地开设反应,处理反应,以及纯化产物,减少人为失误和环境改变带来的偏差,实验结果更可控。

● 2多步自动化合成

应用在苗头化合物的筛选和优化,多个骨架探索,以及大量SAR,同时探索多个基团替换等场景里面。

自动化合成,可以同时探索多条反应路线,其效率是普通人工所不能比拟的。

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图1   晶泰科技自动化化学合成服务应用场景
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自动化合成系统有哪些优势和亮点?

我们将通过一个案例带你了解“人机结合”有怎样的优势。

项目背景:客户购买了晶泰科技5个FTE,需要合成78个药化分子(平均每个分子反应步数约为5步),每个交货20mg,希望在20周内完成交货(基于IP保护,我们不便透露客户的名称)

晶泰科技解决方案:采用“人机结合”的服务模式,FTE组合配备了:1个组长+3个研究员+1个自动化实验室操作员。

 ● 1人机结合,效率提升

此项目需要合成78个药化分子,平均每个分子反应步数约为5步,那么总共需要合成推进390步。

传统人工模式下,按每人每周同时推进两条路线,每条路线上成功推进两步来计算,一个5人组需要将近20周完成(390/(5X4)=19.5)。

而人机结合模式下,5人+3台自动化合成工站(自动化工站还没有满负荷运行),不到10周就完成了,成功交付72个分子,交付率92%,效率提升到传统人工模式的2倍。

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图2  该项目中其中一条线路(基于该项目的IP保护,已对分子结构进行模糊处理)

众所周知,每个化学反应的难易程度和复杂度情况不一,这里我们只是列举了一个代表多步反应且难度中等的例子,效率提升至人工的2倍;如果是高通量的平行反应,用自动化合成工站来做,效率大概能在多步自动化合成场景基础上再额外提升50%~100%。

 ● 2质量稳定,复现率高

可复现率代表了实验交付的稳定度, 当采用人工方式进行化学合成时,同一反应由不同的人来操作,或者相同的人在不同的时候甚至是不同的天气来操作的话,反应结果都可能会有一些差别。

而切换到人机结合的自动化合成场景下,在自动化系统的高效加持下,可实现高通量,自动化,稳定高效。经过晶泰科技自动化系统近10000个反应的测试,系统质量稳定,实验可复现率大于95%。

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图3  高通量、自动化的化学合成

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 ● 3可承担危险反应,安全防护

安全性是所有工作中最重要的一项内容。在保障实验人员的人身安全、减少实验人员直接接触放射性/易燃易爆等危险实验这一方面,自动化机器展现了明显的优势。自动化工站可代替人工进行高危实验,避免实验人员直接接触。

而一些易燃易爆危险性反应如果能用机器做,其作用就像排爆机器人,对实验人员有很好的保护。

 ● 4可覆盖80%常见反应类型,普适性高

晶泰科技的自动化合成系统可覆盖酰胺合成、Suzuki,Buchwald等金属参与的偶联反应、亲核取代等80%常见反应类型,可控制反应温度从0 到150摄氏度的变化,兼容固体和液体的精准计量,实现了LCMS自动监测反应,利用自动化手套箱工站,可进行无水无氧操作等等。

实现了无水无氧操作的自动化,除了能拓展自动化覆盖的有机反应范围,以及获得更好的实验结果外,更重要的是,自动化手套箱工站成为了一件人人都能上手的设备和工具,把无水无氧操作的门槛降低了。类似的例子还有不少,自动化合成系统,某种程度上就像电子游戏中功能强大的武器装备,一旦拥有,将极大提高玩家的战斗力。即使是刚参加工作的毕业生,在自动化合成系统的加持下,也能很快达到有数年工作经验的合成人员的产出。

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图4 晶泰科技手套箱工站
 ●5结合AI模型,提升反应成功率

在晶泰科技自主研发的智能化自动化药物研发平台中,物理模型产生的干实验数据为AI建模提供了支持,而人机结合的自动化合成实验,不仅能实现7*24小时不间断工作,减少人为失误和依赖,保证高效并行,更重要的是能产生更多标准化、高质量的湿实验数据,反馈给AI模型并持续迭代优化,从而进一步提升反应效率和成功率。

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展望

不久的未来,晶泰科技还将继续扩大自动化实验室的规模,届时,涵盖数千台工站的自动化工站集群,将与人工智能计算平台,以及经验丰富的专家团队一起,实现更大规模的资源调度和更多研发场景的自动控制,为更多创新药物研发增速提效,保驾护航。

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本篇文章来源于微信公众号:药时代

发布者:haitao.zhao,转载请首先联系contact@drugtimes.cn获得授权

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