Kimyasal keşif, test optimizasyonu ve analiziyle ilgili araştırmalar, emek yoğun ve zaman alıcı bir süreç olabilir. Manuel hazırlama, örnekleme ve analiz gerektiren aşamaların birçoğu ile bu, zaman ölçeklerinin artmasına, daha yüksek maliyetlere ve insan hatası potansiyeline yol açabilir ve keşif kapsamını sınırlayabilir.
Sheffield Üniversitesi Kimyasal, Malzeme ve Biyoloji Mühendisliği Okulu’nda Sürdürülebilir Malzemeler Başkanı Profesör Nick Warren liderliğindeki bir araştırmacı ekibi, yapay zeka ile güçlendirilen sofistike bir kimyasal montaj hattı gibi hareket eden yeni bir otomatik platform veya kendi kendini süren laboratuvar geliştirdi.
Geleneksel şişeler yerine, reaktanlar küçük tüplerden ve reaktörlerden akar ve reaksiyon üzerinde inanılmaz derecede hassas kontrol sağlar. Reaksiyonu sürekli olarak izleyen ve reaksiyon dönüşümü, saflık, parçacık boyutu ve tekdüzelik gibi birden fazla ürün özelliğini aynı anda hedefleyebilen sensörlerle donatılmıştır. Bu gerçek zamanlı veriler, herhangi bir insan müdahalesi olmadan reaksiyon koşullarını-bileşenlerin, hızın ve diğer faktörleri-ayarlayan bir makine öğrenme algoritmasına beslenir.
Sheffield Üniversitesi, Leeds Üniversitesi ve York Üniversitesi’ni içeren ortak bir projede, araştırmacılar sağlık hizmetlerinde potansiyel uygulamalara sahip yüksek değerli, düşük hacimli, nanoparçacık bazlı malzemeler için teknoloji geliştirdiler. Benzer malzemeler, yeni aşı teknolojilerinde teslim edilmesi zor ilaçları ve mRNA’yı kapsüllemek için kullanılır.
Sheffield Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendislik Okulu Başkanı Profesör George Panoutsos ve Araştırma Hibesi’nde bir ortak araştırmacı, “Kendini süren laboratuvar platformumuz, karmaşık olmayan günleri mümkün kılan karmaşık polimer sentezi hakkında eşi görülmemiş bilgiler sunuyor. Keşif ve pratik karar verme sürecini desteklemek. “
Profesör Warren, bu teknolojiyi, boyalar ve yapıştırıcılar gibi büyük hacimli ürünlerde kullanılan polimerler yapmak için koşulları optimize etmek için geliştirmiştir. Bu, sürdürülebilirlik taleplerini karşılamak için gereken daha hızlı zaman çizelgeleri üzerinde yeni “daha yeşil” ürünlerin optimizasyonuna izin verecektir.
“Bu çalışma, emülsiyon polimerlerinin kapalı döngü kendi kendini optimize edebilen, yeni polimerik malzemelerin gelişimini hızlandırma yeteneğinin kilidini açabilen bir reaktör platformunun ilk örneğini temsil ediyor.”
Karlsruhe Teknoloji Enstitüsü ile işbirliğindeki daha yeni bulgular, kendi kendini süren laboratuvarlarının gelişmiş uygulamalara uygun yüksek fonksiyonel polimer yapı taşları oluşturma yeteneğini göstermiştir. Yeni yayınlanan bir çalışmada, otomatik sistem, polimerizasyon sonrası modifikasyona kolayca uygulanabilir çok yönlü bir polimer olan poli (pentafluorofenil akrilat) (PFPA) tam olarak sentezlemek için kullanıldı.
Gerçek zamanlı nükleer manyetik rezonans (NMR) ve boyut dışlama kromatografisi (SEC) analizi ile donatılmış kendi kendine sürüş laboratuvarı, PFPA üretimi için en uygun koşulları otonom olarak tanımladı. Bu, bilim adamlarının, farklı uygulamalar için tam kontrollü özelliklere sahip yeni nesil yüksek performanslı malzemelerin yolunu açarak, farklı kimyasal bileşenlerle uyarlanabilen spesifik “aktif” sitelere sahip polimerler oluşturmalarını sağlar.
Geleceğe baktığımızda, Profesör Warren, “İleride, şimdi bu teknolojileri daha geniş bir polimer malzemesinin gelişimini hızlandırmak için dünya çapında akademisyenler ve endüstri ortakları ile işbirliği içinde daha da geliştirmeyi planlıyoruz. Özellikle kendi kendini sürdürme laboratuvarlarını, kendi kendini sürdürme laboratuvarlarını, sürdürülebilirlik ve sağlığı ile karşılayabilecek kendi kendini sürdürme laboratuvarlarını uyarlamaya odaklanacağız.
Diyerek şöyle devam etti: “Sheffield’e taşındığından beri, bu araştırmanın etkisini artırmak için Makine İstihbarat Merkezi (CMI) ve Grantham Sürdürülebilir Vadeli İşlemler Merkezi’ndeki uzmanlarla işbirliği yapmaya başladık.”
Bu yeni teknolojinin geleneksel yöntemlere göre çeşitli avantajları vardır: süreç otomatik olduğundan, yeni malzemelerin gelişimini hızlandırır. Süreç çok hassas bir şekilde kontrol edilebildiğinden daha az atık üretilir, bu da onu daha enerji tasarruflu ve sürdürülebilir hale getirir. Otomasyon, insanın potansiyel olarak tehlikeli kimyasallara maruz kalmasını azaltarak operasyonları daha güvenli hale getirir. Platform, özel özelliklere sahip malzemeler üretmek için programlanabilir ve özelleştirilmiş ürünler için bir olasılık dünyası açar.
Kimyasal araştırmalarda daha verimli, veri odaklı ve otonom yöntemlere doğru bu değişimi gösteren yakın zamanda yayınlanan üç makale yayınlandı. Makromoleküler hızlı iletişim, Kimya Mühendisliği Dergisi Ve Polimer kimyası.
