In de toekomst, knelpunten in de geneesmiddelenvoorziening zouden gemakkelijker kunnen worden weggewerkt. Een geautomatiseerde machine voor radiale synthese, ontwikkeld door chemici van het Max Planck Institute of Colloids and Interfaces, zal de flexibele productie van medische middelen en andere chemische producten mogelijk maken. Het apparaat kan snel worden geherprogrammeerd voor de synthese van verschillende stoffen - zelfs complexe - zonder dat het moet worden aangepast. Het kan synthesestappen combineren waarvoor voorheen meerdere apparaten nodig waren. Het apparaat kan de materialen ook op afstand produceren. De nieuwe technologie maakt ook datagebaseerde ontwikkelingen in de chemie mogelijk en zou zo de zoektocht naar nieuwe chemische producten en reactieprocessen kunnen versnellen.

Chemische productie is precisiewerk. Of het nu gaat om medische middelen of andere chemische producten, scheikundigen moeten de fabricageprocessen altijd individueel ontwerpen. Ze moeten ook de bijbehorende systemen specifiek voor elk product ontwerpen. Dit zou aanzienlijk kunnen worden vergemakkelijkt met de automatische machine voor radiale synthese - tenminste als een stof niet in grote hoeveelheden nodig is. "Met radiale synthese, we creëren een paradigmaverschuiving in de chemie, ", zegt Peter Seeberger. Een team van de afdelingsdirecteur van het Max Planck Institute of Colloids and Interfaces hielp bij het ontwikkelen van de nieuwe benadering van chemische synthese.

Flexibele toegang tot stoffen

Aan de ene kant, de synthesemachine maakt het mogelijk om mensen op moeilijk bereikbare plaatsen of in gebieden zonder chemische industrie te voorzien van medische middelen of andere stoffen die nodig zijn als ze daar niet kunnen worden opgeslagen of vervoerd. Dit kan handig zijn bij onverwachte tekorten aan actieve medische middelen en mensen in ontwikkelingslanden flexibele toegang geven tot stoffen, vooral wanneer de noodzaak niet kan worden voorzien. "Het enige knelpunt zou kunnen zijn in de beschikbaarheid van basischemicaliën, ", zegt Seeberger. "Maar met de grondstoffen bij de hand, dit is een enorme kans."

Anderzijds, de flexibele synthesemachine opent geheel nieuwe perspectieven voor chemisch onderzoek. Ten slotte, Vooral medische middelen hebben vaak een ingewikkelde structuur. Kleine verschillen kunnen grote gevolgen hebben. Op zoek naar de beste stof, scheikundigen synthetiseren gewoonlijk veel verschillende moleculen met kleine variaties. Tot nu, ze hebben vaak hun uitrusting moeten veranderen (of op zijn minst opnieuw moeten opbouwen). Dit brengt tijdrovend handwerk met zich mee. Dit geldt ook voor de ontwikkeling van de optimale reactieroutes zodra het meest effectieve molecuul is gevonden.

Chemie gebaseerd op het model van internetdiensten

"Met radiale synthese, we kunnen handmatig werk grotendeels uit de chemie halen, " zegt Seeberger. Als hij zijn zin heeft, chemie zal binnenkort worden bediend als internetdiensten:"Misschien zit u achter uw computer, maar de server waarop een applicatie draait staat ergens anders op de wereld, " zegt Seeberger. Evenzo, scheikundigen kunnen hun experimenten mogelijk op afstand besturen. "Hierdoor kunnen we veel meer stoffen en reacties testen, ", zegt Seeberger. "Op deze manier, we kunnen veel meer - en veel betrouwbaardere - gegevens verzamelen." beurtelings, zou kunnen helpen bij de analyse van big data in de chemie. "En uiteindelijk, zelfs een kunstmatige intelligentie die chemische competentie heeft ontwikkeld door training met de enorme hoeveelheden gegevens, zou de zoektocht naar potentiële nieuwe stoffen voor een gewenste toepassing of efficiënte reactieroutes kunnen overnemen, ", zegt Seeberger. Chemici zouden dan hun energie kunnen besteden aan taken waarvoor ze geen ervaring hebben en die daarom niet met datagedreven methoden kunnen worden opgelost.

De experimentele reikwijdte wordt verschaft door radiale synthese omdat het twee fundamenteel verschillende procestechnieken combineert:cyclisch en lineair. Cyclische synthese is de voorkeursmethode wanneer chemici biopolymeren willen produceren zoals eiwitten, koolhydraten, of strengen DNA. Daarbij, ze laten een molecuul in een cyclus door een reactievat lopen waarin steeds weer hetzelfde chemische reactietype plaatsvindt, zodat het molecuul geleidelijk uitgroeit tot een ketting. Ook in de afzonderlijke cycli kunnen verschillende elementen aan de keten worden gekoppeld. Bij lineaire synthese, anderzijds, een molecuul gaat door verschillende stations waar verschillende reacties plaatsvinden in verschillende apparaten of op zijn minst in verschillende delen van een apparaat.

Industrie

De onderzoekers van Potsdam combineren de twee technieken nu door meerdere reactoren voor cyclische syntheses in een cirkel rond een soort draaischijf te plaatsen. Hierdoor kunnen ze tussenproducten op afstand van de ene cyclische reactor naar de andere transporteren en combineren met lineaire processtappen. "We kunnen verschillende reacties flexibel combineren - zelfs snelle en langzame, ", zegt Seeberger. Chemische omzettingen die met verschillende snelheden plaatsvinden, kunnen niet efficiënt worden uitgevoerd in conventionele lineaire chemische fabrieken omdat het reactiemengsel er met een constante snelheid doorheen stroomt.

De onderzoekers van Potsdam gaan nu de veelzijdigheid van radiale synthese verder testen. Ze hebben de technologie al als patent geregistreerd, en de eerste industriële bedrijven hebben al interesse getoond. De nieuwe synthesemachine kan hen namelijk helpen om het onderzoek naar nieuwe producten en de ontwikkeling daarvan drastisch te versnellen. Dit zou niet alleen kosten besparen, maar zou ook kunnen leiden tot meer innovatie.