有關化學合成的文獻數量快速增長；然而，實驗室之間共享和評估新流程需要很長時間。

在此，來自加拿大不列顛哥倫比亞大學（UBC）和英國格拉斯哥大學的研究團隊，提出了一種方法，使用通用化學編程語言（χDL）在兩個實驗室的四種不同硬件系統上編碼和執行各種化學反應的合成程序，包括還原胺化、成環、酯化、碳-碳鍵形成和酰胺偶聯。每個反應大約有 50 行代碼，所提方法使用抽象來有效地壓縮化學協議。

不同的機器人平臺始終如一地產生預期的合成，每步產量高達 90%，從而實現更快、更安全的研究工作流程，可以通過數量增加而不是規模擴大來提高過程的吞吐量。

該研究以《Universal chemical programming language for robotic synthesis repeatability》為題，于 2024 年 1 月 11 日發布在《Nature Synthesis》上。

論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s44160-023-00473-6

科學中的「可重復性危機」

可重復性和可證偽性對于科學研究至關重要，但已發表數據量的不斷增加使得確保已發表結果的驗證變得越來越困難。此外，自動化和機器學習的發展和集成目前正在改變化學領域。

目前，缺乏對成功和失敗的實驗進行編碼和記錄的開放標準，阻礙了復雜數字工具的使用，從而對研究進展產生了不利影響。有關研究甚至談到了科學中的「可重復性危機」，強調了開發新策略來有效驗證數據的重要性。

在化學反應中出現了一種特征-幾乎是技術性的——語言風格，用于交流實驗協議。盡管有這種共同語言，再現反應仍然具有挑戰性，并且通常需要人類化學家的專業知識來解釋平淡的協議并推斷隱含的信息。如果沒有有效的方法來捕獲化學協議中的隱性知識，可靠的通信和實驗驗證將變得棘手，化學的進步將無法充分發揮其潛力。

χDL：一種機器可讀的通用化學描述語言

標準化自動化化學的挑戰可以通過捕獲 χDL 中的化學知識來解決，χDL 是一種機器可讀的通用化學描述語言，允許用戶以人類和機器人都可以理解的標準化方式存儲實驗方案。χDL 在設計上與平臺無關，能夠與任何自動化化學硬件連接。它是在 Chemputer 平臺上進行原型設計的，但足夠靈活，可以快速集成到為完全不同的化學目的而設計的系統上

在此，研究人員通過在 Opentrons 平臺、Kinova 多軸 cobotic 機器人和兩個 Chemputers 上執行相同的 χDL 協議來展示這一點，強調相同的代碼在多個硬件架構上同樣可執行。χDL 不受各個平臺的硬件限制，用于將不同的機器組合到一個工作流程中，并增強化學家設計實驗的整體能力。

研究涉及七個反應步驟和三種最終化合物的三個案例研究的方案經過驗證和傳播，以便在兩個國際實驗室和三個獨立機器人上重復。

以 χDL 形式共享數字程序有利于合作研究項目，其中可以結合不同平臺和實驗室的優點和勞動力來優化合成方案，共同實現更大的影響。

圖示：χDL 的普適性。（來源：論文）

Chemputation 的概念體現在 χDL 驅動的各種機器人上執行不同的化學反應，為更快、更富有成效的合作項目打開了大門。通過這種方法，合成任務可以輕松地在不同實驗室之間分配，因為化學知識可以作為現成運行的源代碼進行交流，不需要更深入地了解基本的化學原理。

例如，研究小組可以無縫地研究合作者合成的核心分子的功能化，而無需投入時間進行手動合成或因運輸時間而延遲項目。研究已經展示了七種化學反應的工作流程的簡便性，包括多步合成、聚合合成方法和反應性的發散探索，展示了 χDL 編碼合成的產率和純度如何在不同的迭代、地理位置和硬件設置中出色地重復。