Химик-автомат: машина для сборки новых молекул

Видео: ПОТРЯСЯЮЩИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 2017 для Дома - Пивоварня iGulu

Американские ученые презентовали уникальную машину, которая способна сделать для химии то, что 3D-принтеры сделали для инжиниринга.

Устройство, которое окрестили химиком-автоматом, способно получать химические молекулы совершенно разной структуры без необходимости подключения к этому процессу людей, в совершенстве владеющих химической технологией.

Группа ученых из Университета Иллинойса под руководством профессора химии и доктора медицины Мартина Берка (Martin D Burke) создала машину, которая посредством нажатия на кнопку мыши строит из одних молекул другие, подобно тому, как 3D-принтер строит из различных компонентов сложные конструкции.

Полностью автоматизированный процесс позволяет в тысячи раз ускорить создание новых лекарственных веществ и других соединений, которые сегодня требуют организации дорогостоящего химического производства.

«Мы хотели сделать очень сложный химический синтез простым процессом, который заключен в одной машине с простым и понятным управлением. Высокий уровень автоматизации позволяет существенно расширить возможности открытия новых веществ, а также наделить неспециалистов силой создавать необходимые в разных областях субстанции», - поясняет идею доктор Берк.



О революционной технологии рассказывается в новом выпуске издания Science от 13 марта.

Маленькие молекулы, которые использовались учеными - это огромный класс небольших по размеру и массе химических структур, которые повсеместно встречаются в природе. Они играют большую роль в медицине и биологии, многие из них способны проникать через клеточные оболочки. Маленькие молекулы являются ключевыми элементами таких технологий, как солнечные батареи и светодиоды. Но эти структуры бывает чрезвычайно сложно производить в лаборатории. Зачастую хорошо подготовленные химики проводят долгие годы, стараясь решить подобные задачи, что серьезно тормозит развитие фармакологии и медицины.



«До последнего времени их синтез оставался узким местом науки. Из-за этого узкого места замедляется прогресс во многих областях, а над целым рядом лекарственных веществ фармацевтические компании даже не берутся работать только из-за невероятно сложного их синтеза», - говорит Берк.

Главный вопрос группы Берка звучал так: «Как сделать из очень сложного процесса максимально простой?»

Их подход заключается в управляемом расщеплении сложных молекул на мелкие «строительные блоки», которые можно затем комбинировать. Полученные химические кирпичики должны иметь те же самые места соединения, чтобы перестроить молекулу в ходе одной простой реакции. Ученые говорят, что это напоминает конструктор LEGO, в котором из одних и тех же кирпичиков ребенок строит разные формы. Многие из используемых «строительных блоков» сегодня имеются на рынке.

Чтобы автоматизировать весь этот чудо-процесс, детали которого ученые не раскрывают, группа Берка разработала сложную машину, позволяющую создавать маленькие молекулы в несколько этапов. Они продемонстрировали, что с ее помощью можно собирать 14 групп маленьких молекул, включая трудные в производстве циклические структуры.

«Исследование доктора Берка стало значительным достижением, которое делает сложный химический синтез более эффективным, гибким, простым и доступным. Когда я думаю о влиянии этой технологии на дальнейшее развитие химии, медицины и других областей, это просто поражает воображение», - комментирует результаты работы ученых Майлз Фабиан (Miles Fabian) из Национального института общих медицинских наук США.

Технология автоматизированного синтеза была запатентована компанией REVOLUTION Medicines Inc., сооснователем которой является сам доктор Берк. Деятельность этой компании отныне будет сосредоточена на поиске лекарственных веществ, в основе которых лежат маленькие молекулы, а изначально она специализировалась на разработке противогрибковых препаратов.