[发明专利]用于反应筛选和优化的装置及其方法

说明书

根据本公开的实施例涉及用于反应筛选和优化目的的装置。示例装置包括多个反应容器、分配子系统、至少一个反应器模块、分析子系统、自动化子系统和控制电路系统。所述分配子系统针对具有变化的反应条件的多个反应混合物将试剂递送到多个反应容器。所述至少一个反应器模块驱动所述多个反应容器内的多个反应。所述分析子系统分析所述多个反应容器内所包含的成分。所述自动化子系统基于实验设计参数将所述多个反应容器从所述分配子系统附近的位置选择性地移动到所述至少一个反应器模块。以及，所述控制电路系统基于所述分析来识别用于目标最终产物的最佳反应条件。

联邦赞助的研究及开发

本发明是根据由国防高级研究计划局给予的合同号W911NF-16-C-0051在政府支持下完成的。政府在本发明中享有某些权利。

概览

有机化合物，诸如药物化合物，可以通过涉及多个化学步骤的合成路线来制备。可以设计许多可行策略以通过使用有创造力的化学家以及可访问化学数据的计算系统来制备目标化合物。核验包括用于达到希望的化合物的反应路径的最佳合成策略可以是耗时的。例如，找到最佳合成策略可能需要数年的研究，这由于大量的不同路径组合而可能无法涵盖对潜在合成方法的总列表的穷尽搜索。建立合成路线增加了开发新型复杂有机化合物(诸如药物、化学探针、诊断剂、高能材料和聚合物)的日益增高的成本。作为示例，据估计制药公司花费五到二十年以及数百万到数亿美元的预算来寻找经济上可行的药物化合物合成，并且然后继续努力优化工艺以降低产品成本。

发明内容

本发明涉及克服上面提到的挑战以及与针对用于特定目的的目标最终产物(例如，化合物)的反应筛选和反应路径优化相关的其他挑战。

本公开的各个方面涉及装置及其方法，所述装置及其方法可以用于每次针对多于一个的目的和/或多于一个的变化的反应条件(varied reaction condition)来优化用于达到目标最终产物的反应。

在各种具体实施例中，装置包括多个反应容器、分配子系统、至少一个反应器模块、自动化子系统和控制电路系统。反应容器可以被提供或包含在基板内。分配子系统将试剂递送到多个反应容器中用于具有变化的反应条件的多个反应混合物。根据变化的反应条件，至少一个反应器模块在多个反应容器内驱动多个反应。例如，至少一个反应器模块包括能量发射器，所述能量发射器向多个反应容器提供能量输出，并由此驱动多个反应。变化的反应条件可以包括温度、时间、试剂浓度、试剂及其他变量。分析子系统在反应开始之后，以及任选地在一组反应时间的任何时间处，分析多个反应容器内含有的反应混合物的成分(例如，反应物、副反应产物、最终产物和副产物)。分析可以以每秒一个反应的数量级和/或高达每秒一个反应(或更高)的速度执行。基于实验设计参数(例如，定义变化的反应条件的实验设计参数)，自动化子系统将多个反应容器从分配子系统附近的位置选择性地移动到至少一个反应器模块。控制电路向分配子系统和自动化子系统提供实验设计参数，从而在阈值时间段内对多个反应进行反馈控制，并且基于从分析子系统接收到的成分分析，识别用于目标最终产物的最佳反应条件。

在更具体的实施例中，反馈控制由控制电路提供，根据比较先前的反应结果和存储在分析子系统上的最佳反应产物产量，控制电路调整针对多个附加反应的变化的反应条件。例如，控制电路向分配子系统和自动化子系统提供调整后的变化的反应条件作为修改后的实验设计参数，这可以是瞬时的或接近瞬时的。