隨著人工智能（AI）技術(shù)的飛速發(fā)展，其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用不斷深化，DeepSeek的出現(xiàn)更是引發(fā)了各行各業(yè)的廣泛關(guān)注。DeepSeek以其強(qiáng)大的AI平臺，推動了多個(gè)行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型，成為AI技術(shù)普惠化的重要標(biāo)志。在化學(xué)領(lǐng)域，AI技術(shù)的應(yīng)用正在逐步改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，也為流動化學(xué)帶來了前所未有的機(jī)遇。
根據(jù)GGI最新的研究數(shù)據(jù)，2024年全球流動化學(xué)市場規(guī)模為25.37億美元，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)27.76億美元，到2033年將達(dá)56.95億美元，預(yù)測期間（2025-2033年）年復(fù)合增長率為9.4%。
從市場趨勢來看，流動化學(xué)市場正在迅速發(fā)展，這得益于技術(shù)的進(jìn)步和對高效、可持續(xù)生產(chǎn)方法日益增長的需求。與傳統(tǒng)的批次生產(chǎn)方式相比，流動化學(xué)通過連續(xù)化操作，顯著縮短了反應(yīng)周期，同時(shí)極大地提升了生產(chǎn)的靈活性和可擴(kuò)展性。這種技術(shù)在精確調(diào)控反應(yīng)條件方面表現(xiàn)出色，使其在制藥、石化以及農(nóng)業(yè)化學(xué)品等對工藝精度要求極高的行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)據(jù)顯示，在制藥領(lǐng)域，超過50%的新藥開發(fā)項(xiàng)目都采用了流動化學(xué)，突顯了其在制藥行業(yè)日益增長的重要性。全球?qū)沙掷m(xù)發(fā)展和綠色制造的重視程度不斷提高，也推動了綠色化學(xué)的發(fā)展。流動化學(xué)過程在減少廢棄物產(chǎn)生和降低能源消耗方面表現(xiàn)出色，這與全球可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)高度契合。與傳統(tǒng)批次方法相比，流動化學(xué)顯著降低了碳排放，推動了農(nóng)業(yè)化學(xué)品和特種化學(xué)品等行業(yè)的需求增長。
此外，尤為值得關(guān)注的是，流動化學(xué)作為一種高效、可持續(xù)的化學(xué)合成技術(shù)，正借助AI的力量實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到工業(yè)生產(chǎn)的全面升級。AI技術(shù)能夠優(yōu)化反應(yīng)條件，預(yù)測潛在的工藝問題，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)不斷改進(jìn)生產(chǎn)流程，這種技術(shù)的應(yīng)用不僅提高了生產(chǎn)效率，還降低了運(yùn)營成本。流動化學(xué)與自動化技術(shù)以及AI的深度融合，正在重塑全球工業(yè)化學(xué)品生產(chǎn)的格局，引領(lǐng)行業(yè)邁向更加高效、智能和環(huán)保的未來。我們可以看到，流動化學(xué)與自動化及人工智能的融合正催生出一系列創(chuàng)新案例。
為了滿足復(fù)雜光催化反應(yīng)條件的高效優(yōu)化需求，荷蘭阿姆斯特丹大學(xué)Timothy Noël教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)名為RoboChem的機(jī)器人平臺。RoboChem能夠促進(jìn)光催化轉(zhuǎn)化的自優(yōu)化、過程強(qiáng)化和放大生產(chǎn)，是一個(gè)集成自動化和AI的流動化學(xué)平臺，通過機(jī)器人技術(shù)、貝葉斯優(yōu)化算法和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)了光催化反應(yīng)的自動化優(yōu)化。該平臺能夠自動調(diào)整反應(yīng)參數(shù)（如光照強(qiáng)度、反應(yīng)物濃度、停留時(shí)間等），并根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)時(shí)優(yōu)化反應(yīng)條件。例如，在光催化烷基化反應(yīng)中，RoboChem在4小時(shí)內(nèi)完成了19次實(shí)驗(yàn)，最終獲得了99%的分離收率。此外，該平臺還支持多目標(biāo)優(yōu)化，如同時(shí)優(yōu)化產(chǎn)物收率和產(chǎn)量，顯著提高了時(shí)空產(chǎn)率。
RoboChem能夠自主運(yùn)行，無需在光催化或放大工藝方面具備廣泛的專業(yè)知識即可獲得最佳結(jié)果。這使得RoboChem成為一個(gè)極具價(jià)值的協(xié)作機(jī)器人平臺，適用于各類合成有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，不論用戶對光催化的熟悉程度如何。
相比傳統(tǒng)的間歇式光催化反應(yīng)器，流動式光催化微反應(yīng)器可將反應(yīng)時(shí)間從數(shù)天或數(shù)小時(shí)縮短到幾小時(shí)甚至幾分鐘。然而，盡管當(dāng)前流動光催化系統(tǒng)在反應(yīng)速度上有了顯著提升，其通量仍遠(yuǎn)低于化學(xué)合成領(lǐng)域?qū)Υ髷?shù)據(jù)驅(qū)動的AI技術(shù)應(yīng)用所需的規(guī)模，而這一技術(shù)被認(rèn)為具有變革性地提高化學(xué)合成研發(fā)效率的潛力。為應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，浙江大學(xué)方群教授等團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種自動化高通量系統(tǒng)，利用微流體液芯波導(dǎo)（LCW）、自動微流體液體處理和AI技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了秒級的超快速光催化反應(yīng)和每天高達(dá)10,000次的超大規(guī)模篩選。
該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)自動化的反應(yīng)物混合物制備、轉(zhuǎn)換、引入，進(jìn)行秒級的超快光催化反應(yīng)，在線光譜檢測反應(yīng)產(chǎn)物，以及不同反應(yīng)條件的篩選。研究人員將該系統(tǒng)應(yīng)用于光催化[2 + 2]環(huán)加成反應(yīng)的12,000種反應(yīng)條件的大規(guī)模篩選，其中包含多個(gè)連續(xù)和離散變量，實(shí)現(xiàn)了每天高達(dá)10,000種反應(yīng)條件的超高通量篩選。基于這些數(shù)據(jù)，通過AI算法（如XGB回歸模型），研究人員能夠高效地預(yù)測和優(yōu)化反應(yīng)條件，顯著提高了篩選通量和數(shù)據(jù)質(zhì)量。這種系統(tǒng)不僅加速了光催化反應(yīng)的優(yōu)化，還為AI在化學(xué)合成中的應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
由Astex制藥公司與劍橋大學(xué)合作開展的研究中，開發(fā)了一種創(chuàng)新的多任務(wù)貝葉斯優(yōu)化算法（MTBO），用于流動化學(xué)反應(yīng)的優(yōu)化。該算法通過整合預(yù)先存在的數(shù)據(jù)和自我優(yōu)化算法，能夠高效處理復(fù)雜的反應(yīng)條件優(yōu)化問題，顯著提升了反應(yīng)效率和產(chǎn)物收率。在實(shí)際應(yīng)用中，研究人員利用MTBO算法對多種有機(jī)反應(yīng)進(jìn)行了優(yōu)化，不僅減少了實(shí)驗(yàn)時(shí)間和成本，還提高了反應(yīng)的可重復(fù)性和穩(wěn)定性。這種優(yōu)化方法的核心優(yōu)勢在于，它能夠充分利用已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn)優(yōu)化相結(jié)合的方式，快速找到最佳的反應(yīng)條件。這種方法不僅適用于常見的有機(jī)合成反應(yīng)，如Suzuki偶聯(lián)和Buchwald-Hartwig反應(yīng)，還能夠針對不同反應(yīng)底物的特性進(jìn)行定制化優(yōu)化。此外，MTBO算法的靈活性還體現(xiàn)在其能夠處理多目標(biāo)優(yōu)化問題，即同時(shí)考慮多個(gè)反應(yīng)參數(shù)的優(yōu)化，這在傳統(tǒng)優(yōu)化方法中是難以實(shí)現(xiàn)的。
法國CLEE項(xiàng)目由法國國防創(chuàng)新機(jī)構(gòu)資助，Alysophil、MBDA和Inria聯(lián)合牽頭，致力于利用人工智能（AI）技術(shù)實(shí)現(xiàn)高能液體燃料及新型燃料的連續(xù)流生產(chǎn)。該項(xiàng)目旨在通過AI技術(shù)優(yōu)化燃料生產(chǎn)過程，充分利用燃料能量并控制其可用性。目前，團(tuán)隊(duì)已在Alysophil實(shí)驗(yàn)室成功生產(chǎn)并分析出參考燃料的首個(gè)樣品，并啟動了中試化學(xué)裝置的建設(shè)。在CLEE項(xiàng)目中，AI技術(shù)發(fā)揮了關(guān)鍵作用。通過模擬數(shù)百萬種組合，AI能夠快速發(fā)現(xiàn)新分子，極大地提高了識別新產(chǎn)品的速度和有效性。AI 在該項(xiàng)目中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，通過模擬數(shù)百萬種組合來發(fā)現(xiàn)新分子，極大地提高了識別新產(chǎn)品的速度及其有效性。除了用于控制連續(xù)流化學(xué)反應(yīng)，AI 還有助于 MBDA 和 Alysophil 探索進(jìn)一步提升未來導(dǎo)彈性能的新途徑，并且能夠靈活調(diào)整工具以生產(chǎn)其他類型的燃料。
歐世盛公司自主開發(fā)的H-Flow微反應(yīng)加氫平臺，結(jié)合機(jī)器人及H-Flow軟件，與樣品在線采集、樣品在線稀釋、在線檢測設(shè)備串聯(lián)，為實(shí)驗(yàn)室智能化發(fā)展提供了有力的支持。該平臺可實(shí)現(xiàn)對安捷倫HPLC的精確控制，自動定量采集樣品、自動稀釋，自動提取HPLC數(shù)據(jù)結(jié)果、以及反應(yīng)參數(shù)信息和樣品處理數(shù)據(jù)，最終將所有數(shù)據(jù)在歐世盛H-Flow軟件中形成數(shù)據(jù)報(bào)告表格，實(shí)現(xiàn)了加氫反應(yīng)過程的全面智能化管理、全天候工作，顯著提高了工藝開發(fā)的整體效率，展現(xiàn)了流動化學(xué)與在線檢測數(shù)據(jù)的完美結(jié)合，為化學(xué)科研的人工智能平臺系統(tǒng)提供了堅(jiān)實(shí)的底層數(shù)據(jù)支持和系統(tǒng)支撐。
歐世盛H-Flow微反應(yīng)加氫平臺集成機(jī)器人后，實(shí)現(xiàn)了自動化智能化的新突破：
● 加氫反應(yīng)全流程自動化；
● 樣品采集自動化；
● 在線實(shí)時(shí)檢測自動化；
● 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析自動化；
● 工藝流程高度標(biāo)準(zhǔn)化。
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