Tłumaczenie danych wyjściowych oprogramowania do retrosyntezy na instrukcje automatycznej syntezy
Oprogramowanie do retrosyntezy, takie jak SYNTHIA®, może generować szczegółowe ścieżki syntezy w celu osiągnięcia docelowej cząsteczki. Wyniki te zazwyczaj obejmują typy reakcji, odczynniki i odniesienia do literatury. Chociaż są one łatwe do interpretacji przez chemików, nie są one natychmiast wykonywane przez roboty laboratoryjne. Wypełnienie tej luki wymaga przetłumaczenia planów czytelnych dla człowieka na instrukcje czytelne dla maszyn, takie jak dozowanie cieczy, ustawianie temperatury lub mieszanie przez określony czas. Osiągnięcie tego przełożenia jest nietrywialne. Każdy krok musi być ustandaryzowany z uwzględnieniem szczegółów, w tym ilości odczynników, kolejności dodawania, wyboru rozpuszczalnika, temperatury i czasu reakcji. Obecnie chemicy często wykonują to tłumaczenie ręcznie, pisząc protokoły, ale dziedzina ta zmierza w kierunku bezpośredniej integracji oprogramowania ze sprzętem.
Standaryzacja receptur syntetycznych
Jednym z podejść do zmniejszenia tej luki jest stworzenie znormalizowanych, nadających się do odczytu maszynowego formatów receptur chemicznych. Naukowcy opracowali nawet języki programowania chemicznego, które kodują procedury laboratoryjne w ustrukturyzowany sposób. Przykładowo, Synple chem to automatyczny syntezator laboratoryjny ze standaryzowanym protokołem reakcji dla najczęstszych reakcji w chemii organicznej (animacja redukcyjna, sprzężenia amidowe, reakcje Suzuki itp.), umożliwiający chemikom proste załadowanie odpowiedniego wkładu z odczynnikiem i próbki, a następnie wybranie wstępnie ustawionego programu, który określa czas, temperaturę i objętość rozpuszczalnika.
SYNTHIA jeszcze bardziej zwiększa Wydajność, projektując trasy dla reakcji, które mają już wstępnie ustalone programy/kartridże Synple chem, umożliwiając automatyzację kolejnych etapów syntezy.
Integracja ze sprzętem laboratoryjnym
Wyniki retrosyntezy muszą być również dostosowane do możliwości dostępnych platform automatyzacji. Poszczególne automatyczne syntezatory różnią się pod względem możliwości obsługi odczynników, obsługiwanych typów reakcji i kontroli środowiska. Nie każda proponowana obliczeniowo ścieżka może być wykonana na każdej maszynie. Na przykład, ścieżka wymagająca kriogenicznego metalizowania może nie być możliwa do wykonania na zrobotyzowanym reaktorze stacjonarnym.
Właśnie dlatego kompatybilność automatyzacji stała się ważnym kryterium oceny. Badacze Gao i Coley zasugerowali, że ścieżki syntezy powinny być uszeregowane nie tylko pod względem wykonalności chemicznej, ale także kompatybilności sprzętowej. SYNTHIA reprezentuje tę koncepcję poprzez kompatybilność z automatycznym syntezatoremAutomatycznym syntezatorem Synplektóry przyspiesza projektowanie ścieżek dzięki dostosowanemu zestawowi uszeregowanych potencjalnych ścieżek dla danej cząsteczki docelowej. SYNTHIA może zatem proponować trasy przefiltrowane przez system Synple, umożliwiając użytkownikom wybór pożądanych ścieżek i zaprogramowanie systemu do wykonywania poszczególnych etapów reakcji.
Wyzwania i bieżące prace rozwojowe
Pomimo znacznego postępu, w pełni zautomatyzowana translacja pozostaje w toku. Każdy etap retrosyntezy musi być szczegółowo opisany w protokole z warunkami operacyjnymi. Literatura często je zapewnia, ale automatyczne wyodrębnianie warunków jest skomplikowane. Postępy w przetwarzaniu języka naturalnego (NLP) i eksploracji tekstu zaczynają automatyzować ekstrakcję szczegółów eksperymentalnych z publikacji, umożliwiając modelom sztucznej inteligencji generowanie wykonywalnych procedur.
Innym obiecującym podejściem jest wykorzystanie protokołów opartych na szablonach: bibliotek standardowych procedur operacyjnych dla popularnych typów reakcji, które można wypełnić określonymi odczynnikami i warunkami. Integracja danych dodatkowo wzmacnia ten proces. Rejestrując wyniki każdego przebiegu, systemy mogą dowiedzieć się, które zestawy instrukcji konsekwentnie dają wiarygodne wyniki, poprawiając dokładność tłumaczenia w czasie.
Podsumowując, proces przekształcania wyników retrosyntezy w instrukcje maszynowe obejmuje udoskonalanie tras pod kątem kompatybilności sprzętowej, wzbogacanie ich o warunki, kodowanie ich w ustrukturyzowanych formatach i wykonywanie ich za pośrednictwem platform robotycznych. Dzięki ciągłym postępom w dziedzinie sztucznej inteligencji, NLP i automatyzacji, przepaść między planowaniem a wykonaniem stale się zmniejsza. W miarę rozwoju autonomicznych laboratoriów,Oprogramowanie do retrosyntezy mogą w coraz większym stopniu trafiać bezpośrednio do robotów, znosząc granicę między wiedzą o tym, co należy zrobić, a wykonaniem tego.
Odniesienia
- Gao W, Raghavan P, Coley CW. Autonomiczne platformy do syntezy organicznej opartej na danych. Nat Commun. 2022 Feb 28;13(1):1075. doi: 10.1038/s41467-022-28736-4.
- Chen, J.; Xu, Q. Autonomiczne laboratorium oparte na sztucznej inteligencji w celu przyspieszenia odkryć chemicznych. Chem. Synth. 2025, 5, 76. https://dx.doi.org/10.20517/cs.2025.66
