I framtiden, flaskhalsar i läkemedelsförsörjningen skulle lättare kunna elimineras. En automatiserad maskin för radiell syntes utvecklad av kemister vid Max Planck Institute of Colloids and Interfaces kommer att möjliggöra flexibel produktion av medicinska medel och andra kemiska produkter. Apparaten kan snabbt omprogrammeras för syntes av olika ämnen - även komplexa - utan att behöva modifieras. Den kan kombinera syntessteg som tidigare krävde flera enheter. Enheten kan också producera materialen på distans. Den nya tekniken underlättar även databaserad utveckling inom kemi och skulle därmed kunna påskynda sökandet efter nya kemiska produkter och reaktionsprocesser.

Kemisk produktion är precisionsarbete. Oavsett om medicinska medel eller andra kemiska produkter, kemister måste alltid individuellt utforma tillverkningsprocesserna. De måste också designa motsvarande system specifikt för varje produkt. Detta skulle kunna underlättas avsevärt med den automatiska maskinen för radiell syntes – åtminstone om ett ämne inte behövs i stora mängder. "Med radiell syntes, vi skapar ett paradigmskifte inom kemi, " säger Peter Seeberger. Ett team från direktörens avdelning vid Max Planck Institute of Colloids and Interfaces hjälpte till att utveckla den nya metoden för kemisk syntes.

Flexibel tillgång till ämnen

Å ena sidan, syntesmaskinen gör det möjligt att förse människor på svåråtkomliga platser eller i områden utan kemisk industri med medicinska medel eller andra ämnen efter behov om de inte kan lagras eller transporteras dit. Detta kan vara användbart vid oväntad brist på aktiva medicinska medel och ge människor i utvecklingsländer flexibel tillgång till substanser, särskilt när behovet inte kan förutses. "Den enda flaskhalsen kan finnas i tillgången på baskemikalier, "säger Seeberger." Men med råvarorna till hands, det här är en enorm möjlighet."

Å andra sidan, den flexibla syntesmaskinen öppnar helt nya perspektiv för kemisk forskning. Trots allt, särskilt medicinska agenter har ofta en komplicerad struktur. Mindre skillnader kan få stora effekter. I jakten på det bästa ämnet, kemister syntetiserar vanligtvis många olika molekyler med små variationer. Tills nu, de har ofta varit tvungna att byta (eller åtminstone bygga om) sin utrustning. Detta innebär tidskrävande manuellt arbete. Detta gäller även utvecklingen av de optimala reaktionsvägarna när den mest effektiva molekylen har hittats.

Kemi baserad på modellen för Internettjänster

"Med radiell syntes, vi kan i stort sett eliminera manuellt arbete från kemi, säger Seeberger. Om han har sin vilja, kemi kommer snart att fungera som internettjänster:"Du kanske sitter framför din dator, men servern som ett program körs på är någon annanstans i världen, säger Seeberger. På samma sätt, kemister kan kanske fjärrstyra sina experiment. "Detta gör att vi kan testa många fler ämnen och reaktioner, " säger Seeberger. "På detta sätt, vi kan samla in mycket mer – och mycket mer tillförlitlig – data." i tur och ordning, kan hjälpa big-data-analys i kemi. "Och i slutändan, även en artificiell intelligens som har utvecklat kemisk kompetens genom träning med de enorma mängderna data skulle kunna ta över sökandet efter potentiella nya ämnen för en önskad tillämpning eller effektiva reaktionsvägar, "säger Seeberger. Kemister skulle då kunna ägna sin energi åt uppgifter som de inte kan dra erfarenhet av och som därför inte kan lösas med datadrivna metoder.

Den experimentella omfattningen tillhandahålls av radiell syntes eftersom den kombinerar två fundamentalt olika processtekniker:cyklisk och linjär. Cyklisk syntes är den valda metoden när kemister vill producera biopolymerer som proteiner, kolhydrater, eller DNA-strängar. Genom att göra så, de kör en molekyl i en cykel genom ett reaktionskärl där samma kemiska reaktionstyp sker gång på gång så att molekylen gradvis växer till en kedja. Olika element kan också kopplas till kedjan i de enskilda cyklerna. I linjär syntes, å andra sidan, en molekyl passerar genom flera stationer där olika reaktioner äger rum i olika apparater eller åtminstone i olika delar av en apparat.

Industri

Potsdamforskarna kombinerar nu de två teknikerna genom att arrangera flera reaktorer för cykliska synteser i en cirkel runt en sorts skivspelare. Detta gör att de kan transportera mellanprodukter på distans från en cyklisk reaktor till en annan och kombinera dem med linjära processsteg. "Vi kan flexibelt kombinera olika reaktioner – även snabba och långsamma, " säger Seeberger. Kemiska omvandlingar som sker med olika hastigheter kan inte utföras effektivt i konventionella linjära kemiska anläggningar eftersom reaktionsblandningen strömmar genom dem med konstant hastighet.

Potsdam-forskarna ska nu ytterligare testa mångsidigheten hos radiell syntes. De har redan registrerat tekniken som ett patent, och de första industriföretagen har redan uttryckt intresse. Det beror på att den nya syntesmaskinen kan hjälpa dem att drastiskt påskynda forskningen kring nya produkter och deras utveckling. Detta skulle inte bara spara kostnader utan också leda till mer innovation.