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　　化学创新在开发军用尖端技术方面发挥着关键作用。美国国防高级研究计划局（DARPA）开展Make-It项目，旨在通过设计与合成新型分子为下一代军用产品提供技术支撑。目前，该项目在全自动快速分子生产领域取得重大进展。

　　

　　研究背景

　　在当前的试错法研究过程中，现有的分子设计与生产方法主要依靠专家的直觉。DARPA国防科学办公室项目经理安妮·费舍尔表示，一位经验丰富的研究化学家可能需要花费几十个小时设计新型分子合成路径，同时花费几个月对合成法进行试验与优化。

　　

　　项目情况

　　研究团队与领域

　　Make-It项目为期4年，当前为第三年。研究团队计算机科学、有机化学和化学工程等多学科人员组成。项目重点研究三个领域：自动化分子设计; 自动合成（生产）以及快速反应筛选。

　　项目目标

　　项目旨在开发基于机器学习和专家编码规则的软件工具，以推荐成本、时间、安全或减少浪费方面得到优化的合成路径。此外，该项目还将开发自动化设备，以根据软件生成的配方来统一重复地生产所需化学制品。这种“一台设备，多种分子”概念与传统的化学制品生产中用到的专用反应器有所不同。

　　自动化学合成法

　　自动化学合成法的主要优点是程序具有可复制性，这将加速生产并使生产大众化。现有非自动化方法的缺点是看似微不足道的变化（如反应速度或温度条件的轻微变化）都会对所生产的化学制品的纯度和产量产生很大影响。这导致各实验室之间复制先前报道的合成方法时会出现差异性和难度。

　　费舍尔表示，该方法本质上是编码化学合成过程。这可确保再现性符合严格标准。因为这些路径基于软件的指令形成，因此所有Make-It合成设备应该每次都可精确地生产相同的化学制品。

　　项目进展

　　Make-It研究团队最近演示验证了全自动快速分子生产所取得的重大进展，有助于加快研究发现适用于各种国防产品和应用的化学制品。

　　费舍尔表示，Make-It有制造任何分子的潜力。研究人员已在DARPA“战场医药”项目中的“随需药房”工作中展示了一种自动化流动化学机器。它可在条件恶劣的地方按需生产常用药品，从而可消除为前沿部署的军队运输和储存重要药品的需求。

　　下一步计划

　　下一步工作包括通过分析仪器整合合成过程的实时特性以及研发更复杂的分子。Make-It研究人员将在今年8月19~ 23日在马萨诸塞州波士顿美国化学学会举行的全国会议和博览会特别会议上介绍其研究成果。

　　项目意义

　　研究化学家设计并合成的新型分子有助于实现下一代军用产品。这些产品包括：用于航天器发动机的新型推进剂；用于战场部队的新型药物和药品；更轻、续航时间更长的电池和燃料电池； 先进粘合剂，涂料和油漆； 以及易于安全操作的、更低廉的爆炸物。

　　自动化可实现一种更安全、更清洁、更安全的过程。因为化学家不需要物理处理危险化学品，如用于研制新型军用爆炸物的化学品。Make-It合成机器需要低溶剂量，从而可减少实验室浪费。

　　此外，该项目还可解放化学家，使其致力于化学创新而非试验各种分子合成方法。而且也将向广泛的科研人员开放化学合成法及研究发现，使其得益于新型分子的快速研发。

费舍尔表示，需要利用分子进行研究的生物学家可根据定制的数量按需进行生产，而不必从化学制品供应商大批量购买分子和处理多余制品。许多需要利用小分子进行研发的技术领域都可以受益于该项目。

　　

　　其他机构新型分子路径研究进展

　　麻省理工学院（MIT）、斯坦福国际研究所（SRI）和Grzybowski科学发明（GSI）公司正在探索利用不同方法开发可自动设计各种化学路径选项的软件。GSI的分子路径优化软件现已上市。MIT和SRI也在开发硬件来合成分子。格拉斯哥大学正在开发用于设计和3D打印小型便携式反应器的软件，以便“随时随地”生产特定分子。

　　在快速反应筛选领域，普渡大学和波士顿大学正在探索建立、理解和利用化学反应的大型化学反应数据集来训练机器学习算法，使其能够快速设计新型分子路径。

　　来源：DARPA网站/图片来自互联网

　　如需转载请注明出处：“国防科技要闻”（ID：CDSTIC）

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