Przewrót w chemii. Polakom wystarczą godziny, inni muszą pracować tygodniami
Nowa metoda opracowana z udziałem Polaków pozwala zbadać tysiące reakcji chemicznych w kilka godzin.
Zamiast analizować reakcje chemiczne pojedynczo przez całe tygodnie, dziś można przebadać tysiące z nich w kilka godzin. Dzieje się to dzięki nowemu inteligentnemu narzędziu stworzonemu przez międzynarodowy zespół badaczy z udziałem Polaków. To może być jeden z największych przełomów we współczesnej chemii.
Reakcje jak sieć, a nie jak równanie
Chemia przez bardzo długo była oparta na schemacie: substrat A + substrat B = produkt C. Tymczasem nowe badania pokazują, że rzeczywistość chemiczna to nie prosta linia, lecz złożona sieć powiązań. Wystarczy zmienić warunki początkowe, by ta sama reakcja dała zupełnie inne rezultaty.
Jak czytamy na łamach Nauka w Polsce, to właśnie tę sieć, nazwaną przez badaczy hiperprzestrzenią reakcji, udało się odwzorować dzięki innowacyjnej platformie robotycznej stworzonej w Institute for Basic Science (IBS) w Ulsan w Korei Południowej. Urządzenie, opracowane m.in. przez prof. Bartosza Grzybowskiego i Rafała Frydrycha, pozwala na przeprowadzanie setek reakcji chemicznych równocześnie. Wszystko to w miniaturowych probówkach, z wykorzystaniem algorytmów sztucznej inteligencji i optycznych pomiarów UV-Vis.
Chemia w nowym tempie
Tam, gdzie klasyczne laboratoria analizują reakcje tygodniami, nowa platforma zamyka cały proces w zaledwie kilka godzin. W każdej próbce zachodzą inne warunki – zmienia się temperatura, stężenie substratów czy skład katalizatora. Powstaje w ten sposób pełna mapa przebiegu reakcji, która pozwala chemikom zrozumieć, jak różne parametry wpływają na efekt końcowy.
Dzięki tej metodzie naukowcy ponownie przyjrzeli się znanym od 150 lat reakcjom, takim jak synteza Hantzscha. W efekcie odkryto 9 nowych produktów pośrednich i uzyskano możliwość sterowania przebiegiem reakcji poprzez modyfikację proporcji składników. To wszystko bez konieczności wprowadzania nowych odczynników.
Tańsza, szybsza i bardziej zrównoważona chemia
Opracowana technologia nie tylko przyspiesza badania. Pozwala też znacząco ograniczyć koszty i zużycie surowców. W wielu przypadkach wystarczy analizować tylko wybrane punkty hiperprzestrzeni, a pozostałe dane można uzupełnić algorytmicznie. Dodatkowo mapa reakcji pokazuje, jak nawet niewielkie zmiany w katalizatorze mogą drastycznie zmienić kierunek reakcji i jej wydajność.
To znane dotąd głównie z biologii, gdzie sieci metaboliczne przełączają się w zależności od warunków, podejście po raz pierwszy zostało tak kompleksowo zastosowane w chemii. Jak podkreślają naukowcy, ma ono ogromny potencjał praktyczny: pozwala z tych samych składników tworzyć różne substancje, w tym leki, barwniki i materiały elektroniczne.
Otwarte drzwi dla naukowców z całego świata
Twórcy nie zatrzymali tej technologii dla siebie. Udostępnili pełne plany i oprogramowanie w otwartym dostępie, tak aby każde laboratorium mogło zbudować podobne urządzenie. Koszt konstrukcji został celowo zredukowany, by narzędzie mogło trafić także do mniejszych zespołów badawczych. Praca polskich i koreańskich naukowców to pierwszy tak przekrojowy projekt tworzenia matematycznych map reakcji w hiperprzestrzeniach warunków.
Przeczytaj także:
*Źródło zdjęcia wprowadzającego: Indypendenz / Shutterstock
