кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории автоматизированных биохимтехнологий отдела перспективных исследований; доцент кафедры неорганической химии
Cand. Sci(Chem), Leading Researcher of the Laboratory of automated biochemical technologies of the Department of Advanced Research; Associate Professor, Department of Inorganic Chemistry
младший научный сотрудник лаборатории автоматизированных биохимтехнологий отдела перспективных исследований; аспирант
Junior Researcher, Laboratory of automated biochemical technologies; Postgraduate student
магистрант направления «Хемоинформатика и молекулярное моделирование»
Master's student, Chemoinformatics and Molecular Modeling program
PhD., старший научный сотрудник лаборатории автоматизированных биохимтехнологий отдела перспективных исследований; доцент кафедры органической химии
PhD. Sci(Chem), Senior Researcher, Laboratory of automated biochemical technologies, Department of Advanced Research; Associate Professor, Department of Organic Chemistry
В данной работе описана роботизированная установка для выполнения химических синтезов с анализом продуктов, выполненная с целью создания прототипа робота-химика. Основой послужила автоматизированная система «LifeBot» от российско-японской компании Эвотэк-Мирай Геномикс. Система «LifeBot» была изначально разработана для выделения нуклеиновых кислот и приготовления смесей. Для перепрофилирования системы под химические задачи были сделаны различные модификации, в том числе увеличение числа хранящихся растворителей и растворов, дозируемых через дополнительно установленные перистальтические насосы, расширение числа доступных реагентов через модификацию хранилища и добавление манипулятора и стойки с хранилищами. Наиболее существенной модификацией стало оснащение установки самодельным смесителем с нагревом и контролем температуры, который и позволяет осуществлять параллельные химические синтезы. Еще одной важной модификацией стало добавление интерфейса взаимодействия с жидкостным хроматографом, благодаря чему возможно выполнение анализа реакционных смесей после синтеза. Программное обеспечение написано на языке Python и позволяет осуществлять как прямой контроль над физическими аспектами роботизированной системы, так и проводить параллельные синтезы в автоматическом режиме, начиная с расчета требуемых объемов реагентов, их отбора и приготовления реакционных смесей, продолжая перемешиванием в течение установленного для синтеза времени с нагревом до требуемой температуры и заканчивая отбором и разбавлением проб для анализа и их отправкой на хроматограф. Таким образом, присутствие человека требуется только во время подготовки к синтезу (загрузка растворов в хранилища, установка чистых наконечников дозатора и реакторов) и после завершения синтеза (удаление использованных реакторов и наконечников), что является перспективным в плане минимизации контакта человека при работе с вредными и/или опасными веществами. Автоматизированное выполнение синтезов на роботизированной установке с последующим анализом продуктов было проверено на реакциях образования олигопептидов глицина под действием триметафосфата натрия, в которых варьировались условия синтеза: соотношения реагентов, температура, время процесса.
This paper describes a robotic system for performing chemical syntheses with product analysis, made with the aim of creating a prototype of a robot chemist. The basis was the automated system from the Russian-Japanese company Evotech-Mirai Genomics called «LifeBot». «LifeBot» was originally developed for isolating nucleic acids and preparing mixtures. To reprofile the system for chemical tasks, various modifications were made, including increasing the number of stored solvents and solutions dosed through additionally mounted peristaltic pumps, expanding the number of available reagents by modifying the storage and adding a manipulator and a rack with storage. The most significant modification was equipping the setup with a mixer with heating and temperature control, which allows parallel chemical syntheses execution. Another important modification was the addition of an interface for interacting with a liquid chromatograph, that makes it possible to analyze reaction mixtures after the synthesis. The software is written in Python and allows both direct control over the physical aspects of the robotic system and automatic parallel syntheses execution, starting with calculation of the required volumes of reagents, preparation of reaction mixtures, followed by stirring for the time required for synthesis with heating to the selected temperature and finishing with sampling and dilution for analysis and their sending to the chromatograph. Thus, human presence is required only during pre-synthesis preparations (loading solutions into storage, installing clean dispenser tips and reactor tubes) and after synthesis completion (release from used reactors and tips), which is promising in terms of minimizing human contact while working with harmful and/or hazardous substances. The operation of the system in automated syntheses with product analysis was tested on the reaction of glycine oligopeptide formation under the action of sodium trimetaphosphate, in which the synthesis conditions were varied: reagent ratios, temperature, process time.
The authors declare that there are no conflicts of interest present.