用自我优化的反应堆系统创造生命的起源

在这次采访中，我们向格拉斯哥大学化学系regius主席Lee Cronin教授介绍了他目前的研究，以及他如何利用自优化反应器系统来开辟化学领域的新天地

你目前在做什么?

我的研究小组有50到60人在里面，这取决于一年中的时间，我们有四个大任务。第一个科学任务是弄清欧洲杯线上买球楚化学是如何变成生物学的。第二个是将化学数字化，这是发现和制造的过程。第三个是制造化学计算机。第四个是弄清楚化学系统是如何让它们在某种程度上处理信息的。

这听起来最抽象，因为有很多词可能需要解释，比如化学处理信息，这是什么意思？与复杂的化学反应不同，化学反应产生的数据可以被另一个系统读取。所以，这是询问生命起源的另一种方式。

本质上，我是一个合成化学家，我感兴趣的是我们如何使系统处理信息，或响应控制，对数字控制，通过化学合成或发现来做事情。

你是怎么想出这个自我优化的反应堆系统的?

我所做的就是把生命的起源想象成一个化学雪球从山顶开始变成雪崩。这意味着我想要做的是开始一系列的事件一个化学反应会导致另一个化学反应，然后再导致另一个。我把它想象成一个嵌套的流动系统我开始在河流中进行化学研究或者在流动中，化学物质被混合在一起。这些反应的结果将与新的化学物质和新的运动混合在一起，一切都会像滚雪球变成雪崩一样往下移。

所以，我在实验室里的方法是使用连接在一起的流动系统来做有趣的化学反应。当我不得不使用某种光谱分析来告诉我这些化合物是否有趣时，最初的想法就变成了现实。然后，我将这个项目进行了细分，我们得到了可以称之为传感器的部分，它使用核磁共振。

有一天，我的一个博士后说如果我们要做流动化学，我们需要一个更好的传感器，“那核磁共振机呢?它很便宜，我们可以把它扔在通风柜里。”我看着它，意识到中间有一个洞，尽管之前没有人说过它可以是一个流核磁共振，但我意识到我可以把它变成一个流核磁共振，我就是这么做的。我想我是第一个这样做的人，这就是我如何想出这个系统。

为什么它主要是自我优化的呢？

我们想让它自我优化的原因是我们想让它遵循反应性，我们做了很多不同的工作;首先，在RSC (DOI: 10.1039/c4sc03075c)上有一篇论文，我们拿了一些试剂，并使用NMR观察结果。因为我们能够实时看到结果，所以我们可以回头调整输入，并立即看到输出。在化学中，人们做的很多事情都是先进行一个反应，然后停止这个反应，然后分析它，然后用不同的试剂开始一个新的反应，然后再观察这个反应。

我的看法是，这有点像调整自动驾驶仪的参数，你希望飞机在哪里起飞和降落。但在飞行过程中，你可以调整速度和轨迹，并从GPS或地面雷达获得有关飞机位置的反馈。我把不同的产品看作是飞机的不同位置，我想在它们之间移动。我通过改变流速或温度在它们之间移动。因为NMR是内联的，所以我可以得到关于正在发生的事情的即时反馈。

第一个技巧是意识到我们可以用直线来做，另一个技巧是对核磁共振进行编程，这样我们就可以快速得到数据并在一两分钟内进行处理。最后一件事是确保反应的浓度是可以实时进行的。

描述实时联网化学机器人概念的示意图。在这里，四个物理上独立的单元(ChemPUs)通过互联网连接到云。他们从云接收反应参数，以优化的方式探索化学空间，当反应完成时，分析结果被返回并共享云。

Dario Caramelli, Daniel Salley, Alon Henson, Gerardo Aragon Camarasa, Salah Sharabi, Graham Keenan & Leroy Cronin, https://doi.org/10.1038/s41467-018-05828-8根据知识共享署名4.0

到目前为止，你的系统取得了什么成果?

我们还没有创造出生命形式，我们正在努力，但就小目标和成就而言，“我们能做出反应优化器吗?”这已经完成了，但我们正在让它更一般化。我们能用它来跟踪反应吗?好吧，我们几周前发表在《自然》杂志上的论文是这一研究的开始，但还有很多事情要做。

很多有机化学家都是目标导向的，所以每个人想到一个目标然后就朝着这个目标努力，当我说"我不想有目标"的时候，每个人都觉得我有点疯狂。我只是想跟随反应，看看它会把我带到哪里，”但我认为这是一个完全自然的问题，科学家，探险家要做的。把企业号航空母舰指向太空，然后说"那边"这就是我想做的我想做星际迷航化学。我们已经开始这样做了，我们已经证明我们可以发现新的反应，所以目标部分实现了，但还有很多事情要做。

有机化学比科学重要得多，它涉及到制造药物，解决问题，保障人们的安全，还有很多其他层面。欧洲杯线上买球但是我来自一个探险家科学家，我想知道这个世界是如何运转的。对我来说，问这个尴尬的问题，也就是进入新的化学领域并没有期望，是完全合理的，但是对于一个有机化学家来说，这是非常困难的。如果你问一个有机化学家，“你要怎么去发现新东西?”他们可能会说:“哦，我不会。我会写下一个我知道我能合成的新分子"然后他们就会尝试合成它。然后你会想，“但是如果你只是把你写下来的东西写下来，那真的有趣吗?”

当然，人们犯错误是因为他们写下了他们想做的事情，然后他们就不做了。其他的事情发生了，然后他们转而跟进，这时他们有了发现，我认为这是一件非常令人兴奋的事情。

另一件事就是在我们目前没有寻找或测试反应性的地方创造反应性，你应该思考如何发明新的反应以及如何发明新颖的反应?我的做法是把以前从未混合过的东西混合在一起，然后看看它会把我带到哪里。

我也会选择键相互作用不明确的材料，这欧洲杯足球竞彩就是为什么碘化钐试剂很奇怪，因为它们有不同的超价性。我在下一篇工作中所做的，作为我的《自然》论文的后续工作，是研究周期表中键合不明确的不同部分。我不想要亲核试剂，我不想要亲电试剂，我想要一个系统，一天可以变成亲电试剂，另一天可以变成亲核试剂，视情况而定。这与我使用数字控制系统的工作有关，并且能够自己改变这些系统。

我的意思是，你可能会发现我做科学的方式是，我只是瞎编，看看它冒犯了多少人，欧洲杯线上买球然后越多人被冒犯，我就越做，因为它太有趣了。

我认为这是因为人们自然而然地告诉你有些东西行不通，或者他们觉得有机化学不是一门科学，它就像一门定制的黑人学科。做事情有一定的方法，任何不这样做的人都不会被社区所接受，对我来说，这是一种破坏科学和做新事情的简单方法。欧洲杯线上买球

那么自我优化系统由什么组成呢?

报纸上的那个是核磁共振机，一个管式反应器，一系列输入，基本上是带有试剂的注射泵，以及一些加热或冷却方式。所有这些都连接到一个数字处理器，该处理器可以查看核磁共振输出。然后，根据峰值数量、强度和相对增长，系统使用给定的算法（单纯形算法或我喜欢的随机森林算法）调整参数，以改变各种参数、流速、温度等。

李的完整的反应堆系统在实验室中使用的马格里特克Spinsolve系统在左下角

为什么使用非氘化溶剂在核磁共振系统中如此有用?

简单地说，因为我们可以不加锁地运行它，它很便宜，就像在一个真正的反应堆中运行一样。当你开始使用氘化溶剂时，问题就来了，特别是当它们不是氘化溶剂时_2.它会很快变得非常昂贵，因此会改变你做实验的方式，而反过来又可能不能完全反映现实。

核磁共振系统的台架尺寸如何有利于吞吐量？

我不认为这对产量有好处，我认为这对我们设计实验有好处。当我最初购买核磁共振仪时，我想，“这个孔能一直穿过机器吗?”我们能把核磁共振仪放在通风柜旁边吗?如果是这样，我们可以围绕它设计一个合成和反应机器人。”实际上，我们围绕机器设计了机器人，而不是想让它解决一个特定的问题，我们把核磁共振看作是机器人的另一个传感器，我们围绕它设计了机器人。

来自Magritek的突破性Spinsolve 80，台式nmr的领先供应商

您希望在新的核磁共振系统中看到什么?

如果可能的话，我想要一个更灵敏的台式系统。这意味着我可以用更低的浓度，从而探索不同的化学空间，如果可能的话，更多的原子核，就是这样。

我需要在通风柜中放置的不仅仅是核磁共振，我还需要质谱仪和红外线，或者拉曼，因为我想给机器人视觉，声音，触觉或味觉。所以我希望看到我正在使用的整个系统的所有部分的发展。

在《自然》杂志上发表的最新一篇论文中，你希望向什么方向发展?

我希望能够将反应性作为一种研究化学空间和发现反应新奇性的新方法。我很想用这种方法发现其他方法无法发现的反应，但一旦我们发现了它们，我们就会更新常规的化学规则这样我们就能以我们理解的方式制造新的分子。

所以如果我们发明了一套新的规则，我们就可以利用这个反应性做出新的反应。然后我们就可以把它转化给实验室的化学家，然后他们就可以用这些规则进行以前无法进行的转化反应，形成以前无法形成的化学键。我想如果我们这样做了，有机化学家甚至可能会接受我们因为我们对他们非常有用。

关于李·克罗宁教授

李·克罗宁出生于英国，从小就对科学和技术着迷，在他8岁的时候得到了他的第一台电脑和化学装置。欧洲杯线上买球这就是他第一次开始思考化学编程和寻找无机外星人的时候。他去了纽约大学,他完成了学位和化学博士学位,然后在做博士后在爱丁堡和德国成为伯明翰大学的讲师,然后格拉斯哥,自2002年以来他一直工作的行列,成为钦定讲座教授化学2013年39岁。他有一个世界上最大的多学科chemistry-based研究团队,拥有了超过35美元赠款和当前收入15 M .他给了大约400美元的国际谈判和撰写了400同行评议的论文最近的工作发表在《自然》科学,PNAS上. .欧洲杯线上买球他和他的团队正试图制造人工生命形式，寻找外星生命，探索化学的数字化，了解信息如何被编码到化学物质中，并构建化学计算机。