Nel futuro, le strozzature nella fornitura di medicinali potrebbero essere eliminate più facilmente. Una macchina automatizzata per la sintesi radiale sviluppata dai chimici del Max Planck Institute of Colloids and Interfaces consentirà la produzione flessibile di agenti medici e altri prodotti chimici. L'apparato può essere rapidamente riprogrammato per la sintesi di varie sostanze, anche complesse, senza dover essere modificato. Può combinare passaggi di sintesi che in precedenza richiedevano più dispositivi. Il dispositivo può anche produrre i materiali a distanza. La nuova tecnologia facilita anche gli sviluppi della chimica basati sui dati e potrebbe quindi accelerare la ricerca di nuovi prodotti chimici e processi di reazione.

La produzione chimica è un lavoro di precisione. Che si tratti di agenti medici o altri prodotti chimici, i chimici devono sempre progettare individualmente i processi di fabbricazione. Devono inoltre progettare i sistemi corrispondenti specificamente per ciascun prodotto. Ciò potrebbe essere notevolmente facilitato con la macchina automatica per la sintesi radiale, almeno se una sostanza non è necessaria in grandi quantità. "Con la sintesi radiale, stiamo creando un cambio di paradigma nella chimica, " afferma Peter Seeberger. Un team del dipartimento del direttore presso il Max Planck Institute of Colloids and Interfaces ha contribuito a sviluppare il nuovo approccio alla sintesi chimica.

Accesso flessibile alle sostanze

Da una parte, la macchina di sintesi consente di rifornire le persone in luoghi difficili da raggiungere o in aree prive di un'industria chimica con agenti medici o altre sostanze secondo necessità se non possono essere immagazzinati o trasportati lì. Ciò potrebbe essere utile durante carenze impreviste di agenti medici attivi e fornire alle persone nei paesi in via di sviluppo un accesso flessibile alle sostanze, soprattutto quando la necessità non può essere prevista. "L'unico collo di bottiglia potrebbe essere la disponibilità di prodotti chimici di base, " dice Seeberger. "Ma con le materie prime a portata di mano, questa è una grande opportunità".

D'altra parte, la macchina di sintesi flessibile apre prospettive completamente nuove per la ricerca chimica. Dopotutto, gli agenti medici in particolare hanno spesso una struttura complicata. Piccole differenze possono avere effetti importanti. Alla ricerca della migliore sostanza, i chimici di solito sintetizzano molte molecole diverse con lievi variazioni. Fino ad ora, hanno spesso dovuto cambiare (o almeno ricostruire) la loro attrezzatura. Ciò comporta un lavoro manuale dispendioso in termini di tempo. Ciò vale anche per lo sviluppo delle vie di reazione ottimali una volta trovata la molecola più efficace.

Chimica basata sul modello dei servizi Internet

"Con la sintesi radiale, possiamo in gran parte eliminare il lavoro manuale dalla chimica, " dice Seeberger. Se ha la sua strada, la chimica sarà presto gestita come i servizi Internet:"Potresti essere seduto davanti al tuo computer, ma il server su cui è in esecuzione un'applicazione è da qualche altra parte nel mondo, " dice Seeberger. Allo stesso modo, i chimici possono essere in grado di controllare i loro esperimenti a distanza. "Questo ci permetterà di testare molte più sostanze e reazioni, " dice Seeberger. "In questo modo, possiamo raccogliere molti più dati, e molto più affidabili." Questo, a sua volta, potrebbe aiutare l'analisi dei big data in chimica. "E alla fine, anche un'intelligenza artificiale che ha sviluppato competenze chimiche attraverso la formazione con enormi quantità di dati potrebbe assumere la ricerca di potenziali nuove sostanze per un'applicazione desiderata o percorsi di reazione efficienti, ", afferma Seeberger. I chimici sarebbero quindi in grado di dedicare le loro energie a compiti per i quali non possono attingere all'esperienza e che quindi non possono essere risolti utilizzando metodi basati sui dati.

L'ambito sperimentale è fornito dalla sintesi radiale perché combina due tecniche di processo fondamentalmente diverse:ciclica e lineare. La sintesi ciclica è il metodo di scelta quando i chimici vogliono produrre biopolimeri come proteine, carboidrati, o filamenti di DNA. Così facendo, fanno funzionare una molecola in un ciclo attraverso un recipiente di reazione in cui lo stesso tipo di reazione chimica avviene ancora e ancora in modo che la molecola cresca gradualmente in una catena. Diversi elementi possono essere collegati alla catena anche nei singoli cicli. In sintesi lineare, d'altra parte, una molecola passa attraverso più stazioni dove avvengono reazioni diverse in apparati differenti o almeno in parti differenti di un apparato.

Industria

I ricercatori di Potsdam stanno ora combinando le due tecniche disponendo diversi reattori per sintesi cicliche in cerchio attorno a una specie di piattaforma girevole. Ciò consente loro di trasportare a distanza prodotti intermedi da un reattore ciclico a un altro e di combinarli con fasi di processo lineari. "Possiamo combinare in modo flessibile reazioni diverse, anche veloci e lente, " afferma Seeberger. Le conversioni chimiche che avvengono a velocità diverse non possono essere eseguite in modo efficiente negli impianti chimici lineari convenzionali perché la miscela di reazione li attraversa a velocità costante.

I ricercatori di Potsdam ora testeranno ulteriormente la versatilità della sintesi radiale. Hanno già registrato la tecnologia come brevetto, e le prime aziende industriali hanno già manifestato interesse. Questo perché la nuova macchina di sintesi può aiutarli ad accelerare drasticamente la ricerca di nuovi prodotti e il loro sviluppo. Ciò non solo farebbe risparmiare sui costi, ma potrebbe anche portare a una maggiore innovazione.