當(dāng)前，人工智能（AI）技術(shù)在算法優(yōu)化與算力提升的雙重推動下，已在化學(xué)、生物等領(lǐng)域的 “干實(shí)驗(yàn)室"（虛擬模擬）環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)L3級別的成熟應(yīng)用。然而，與之適配的下游實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)備在全球范圍內(nèi)仍存在顯著供給缺口，高通量實(shí)驗(yàn)設(shè)備因此成為承接AI實(shí)驗(yàn)路徑的核心載體。盡管科研與產(chǎn)業(yè)界對高通量設(shè)備的需求日益迫切，但市場供給端成熟的產(chǎn)品卻較少，其發(fā)展仍面臨多重技術(shù)瓶頸。

為深入剖析高通量設(shè)備的開發(fā)現(xiàn)狀與突破路徑，分析測試百科網(wǎng)專訪了歐世盛（北京）科技有限公司（以下簡稱：歐世盛）化學(xué)應(yīng)用總監(jiān)王海玉。作為國內(nèi)高通量設(shè)備研發(fā)領(lǐng)域的頭部企業(yè)，歐世盛在該領(lǐng)域投入大、產(chǎn)品迭代快，其技術(shù)布局與行業(yè)洞察具有重要參考價值。

歐世盛化學(xué)應(yīng)用總監(jiān)王海玉（左一）及市場部林琳（左二）、

分析測試百科網(wǎng)總經(jīng)理卞利萍（右二）及資深編輯楊瑩（右一）

一、認(rèn)知澄清：

高通量設(shè)備與自動化設(shè)備的核心差異

王海玉總監(jiān)首先指出，行業(yè)對高通量設(shè)備存在普遍認(rèn)知誤區(qū) —— 即將其與“機(jī)器人自動化實(shí)驗(yàn)室"與 傳統(tǒng)“黑燈實(shí)驗(yàn)室"設(shè)備混淆。事實(shí)上，高通量設(shè)備的核心訴求體現(xiàn)在三個維度：

第一個維度是反應(yīng)效率的高效性，即快速完成反應(yīng)、第二維度是反應(yīng)類型的兼容性即覆蓋多元反應(yīng)類型、第三維度是自動化設(shè)備與與AI的深度協(xié)同性。

因此，高通量設(shè)備首先要突破的第一點(diǎn)便是如何讓反應(yīng)快速穩(wěn)定的完成，將傳統(tǒng)需要數(shù)十小時的反應(yīng)壓縮至分鐘級。其次是在解決完高效性的基礎(chǔ)問題之后，還要解決“反應(yīng)覆蓋廣度" 瓶頸：既要兼容均相/非均相、高壓/低壓、高溫/低溫等多元反應(yīng)類型（雖無法都覆蓋，但需實(shí)現(xiàn)主流場景全覆蓋），又要解決非常規(guī)反應(yīng)條件下的工程化難題。最后，第三個維度自動化設(shè)備與與AI的深度協(xié)同性具體表現(xiàn)為兩重核心任務(wù)：一是快速驗(yàn)證AI生成的合成路線可行性，二是通過海量實(shí)體實(shí)驗(yàn)積累真實(shí)反應(yīng)數(shù)據(jù)，反哺 AI 優(yōu)化數(shù)據(jù)模型。當(dāng)前AI化學(xué)模擬的核心痛點(diǎn)在于，其數(shù)據(jù)庫主要依賴已知文獻(xiàn)數(shù)據(jù)抓取，而文獻(xiàn)數(shù)據(jù)與實(shí)際工藝開發(fā)數(shù)據(jù)存在顯著偏差，導(dǎo)致AI預(yù)測的反應(yīng)路線在準(zhǔn)確度與實(shí)用性上大打折扣。

基于以上種種技術(shù)壁壘，高通量實(shí)驗(yàn)室的發(fā)展主要有以下七個階段：

七個階段

1、機(jī)器人替代人工操作的自動化

實(shí)現(xiàn)簡單、重復(fù)性人工操作的替代，如開關(guān)柜門、移取試管、樣品分裝等。該階段以機(jī)械臂和基礎(chǔ)自動化設(shè)備為主，尚未涉及反應(yīng)層面和某個步驟的智能控制。

2、不涉及反應(yīng)本身的節(jié)點(diǎn)自動化

可實(shí)現(xiàn)某一特定化學(xué)反應(yīng)步驟的單步自動化控制，如加料、控溫、攪拌與淬滅等。目前絕大多數(shù)企業(yè)仍處于這一階段，尚未解決反應(yīng)本身問題，只是解決流程處理節(jié)點(diǎn)的自動化。如加料平臺模塊，目前不少公司都已推出相關(guān)產(chǎn)品，但在固體加料上都存在加料速度慢、精準(zhǔn)度低的通病，歐世盛通過負(fù)壓結(jié)構(gòu)控制和算法的聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)了秒級固體加樣，進(jìn)而提升加料模塊與后端高通量設(shè)備的協(xié)同性。

3、單步反應(yīng)自動化

在解決前兩個階段問題的基礎(chǔ)上，在這一階段不僅可以實(shí)現(xiàn)某一單步反應(yīng)的自動化，還可以攻克反應(yīng)層面核心問題，可以大幅縮短反應(yīng)時間，提高收率和轉(zhuǎn)化率。如：以微通道反應(yīng)方式解決加氫、氧化、硝化、重氮化等反應(yīng)問題。歐世盛通過近十年的微通道反應(yīng)器的工藝積累，在此類單步自動化設(shè)備和工藝上有了幾十項(xiàng)0-1的突破，并在國內(nèi)外數(shù)百家頭部用戶落地應(yīng)用。

4、部分反應(yīng)類型全流程自動化

部分類型的反應(yīng)包括可流動的均相/非均相反應(yīng)，可實(shí)現(xiàn)高壓及高低溫的反應(yīng)條件，可實(shí)現(xiàn)多步合成反應(yīng)及后處理和在線檢測的全流程自動化串聯(lián)，真正建成“黑燈實(shí)驗(yàn)室"或“黑燈工廠"。此階段高通量設(shè)備的硬件需要諸多突破，軟件也極為重要，需要軟件通過邊界算法及歸一性算法等指導(dǎo)硬件做相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，從而達(dá)到用最少的實(shí)驗(yàn)量得到zuiyou的結(jié)果。目前歐世盛是業(yè)界少數(shù)擁有商業(yè)化成功案例的企業(yè)之一，實(shí)現(xiàn)從起始物到終產(chǎn)物的全程無人操作。

5、全反應(yīng)類型的全流程自動化

此階段包括第四階段的多步自動化，還包括高通量釜式反應(yīng)及非常規(guī)反應(yīng)條件下的苛刻反應(yīng)類型如超低溫、超高壓條件的反應(yīng)，以及氟化、鋰化等難度較高的合成反應(yīng)還包括聚合及高分子類的反應(yīng)。目前世界上尚未有突破此階段的全流程反應(yīng)裝置。

6、實(shí)驗(yàn)大數(shù)據(jù)與AI模型融合

在第四、第五階段的基礎(chǔ)上，AI軟件憑借成熟算法與高通量實(shí)驗(yàn)室場景中積累的數(shù)據(jù)，可對實(shí)驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化梳理及優(yōu)化，為AI新靶點(diǎn)的逆合成路線的真實(shí)性和可靠性提供數(shù)據(jù)支撐。

7、全AI主導(dǎo)的自主實(shí)驗(yàn)

在第六階段的基礎(chǔ)上，將AI系統(tǒng)給出的模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推理及逆合成路徑推送給下端高通量實(shí)驗(yàn)室做快速驗(yàn)證，從自動執(zhí)行到結(jié)果分析與再優(yōu)化的完整閉環(huán)，具備真正意義上的“干濕實(shí)驗(yàn)室融合"效果。目前該階仍屬未來發(fā)展方向。

歐世盛之所以在行業(yè)內(nèi)所有企業(yè)跨入第五階段，離不開十年穩(wěn)扎穩(wěn)打的技術(shù)積累。

二、技術(shù)突破：

從核心硬件到檢測系統(tǒng)的全鏈條創(chuàng)新

歐世盛憑借十余年微反應(yīng)自動化設(shè)備的技術(shù)積累，已構(gòu)建起涵蓋供料單元、反應(yīng)單元、檢測單元、后處理單元的完整技術(shù)體系。

以最核心的反應(yīng)單元為例，歐世盛已開發(fā)出三類高通量反應(yīng)裝置：間歇式高通量反應(yīng)釜、微通道陣列反應(yīng)器、夾泡反應(yīng)器連續(xù)合成設(shè)備。三類設(shè)備均需攻克“0-1"級別的核心技術(shù)難題，以滿足多元反應(yīng)類型、非常規(guī)反應(yīng)條件的適配：定制化閥密封技術(shù)、精準(zhǔn)溫壓控制模塊、耐腐蝕材料選型，插拔式密封結(jié)構(gòu)、高精度固體加料、氣液混合液位檢測、自動造粒、自動柱管裝填技術(shù)等，最終實(shí)現(xiàn)對復(fù)雜反應(yīng)場景的穩(wěn)定支撐。

在線檢測系統(tǒng)是高通量設(shè)備的“眼睛"，直接決定數(shù)據(jù)獲取的實(shí)時性與準(zhǔn)確性。歐世盛已構(gòu)建起多維度光譜檢測矩陣，涵蓋紫外、近紅外、中紅外、拉曼光譜，同時整合 HPLC 檢測、液質(zhì)聯(lián)用（LC-MS）、核磁共振（NMR）等分析技術(shù)，確保反應(yīng)過程數(shù)據(jù)的全面捕獲。

此外，針對試劑成本高昂的行業(yè)痛點(diǎn)，歐世盛在設(shè)備設(shè)計(jì)中融入 “微量反應(yīng)" 理念：通過微通道、管道夾泡反應(yīng)技術(shù)，將單次實(shí)驗(yàn)試劑量降至zuidi，在保證驗(yàn)證結(jié)果可靠性的前提下，顯著降低用戶的實(shí)驗(yàn)成本，提升設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用價值。

三、數(shù)據(jù)協(xié)同：

填補(bǔ)文獻(xiàn)空白，構(gòu)建AI-高通量閉環(huán)

當(dāng)前化學(xué)合成領(lǐng)域存在嚴(yán)重的“數(shù)據(jù)斷層"—— 近 10 年公開文獻(xiàn)中，化學(xué)反應(yīng)的過程參數(shù)（溫度、壓力、物料配比、催化劑等）、動力學(xué)數(shù)據(jù)等核心信息數(shù)據(jù)存量極少，導(dǎo)致 AI 難以基于數(shù)據(jù)優(yōu)化反應(yīng)路徑。依托十余年的技術(shù)積累，歐世盛的高通量設(shè)備在開展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證時，可同步為AI數(shù)據(jù)庫補(bǔ)充海量反應(yīng)真實(shí)數(shù)據(jù)，達(dá)到訓(xùn)練AI模型的目的，最終實(shí)現(xiàn)反應(yīng)效率與工藝可行性的雙重優(yōu)化。

智能化軟件是實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)驅(qū)動反應(yīng)優(yōu)化" 的核心樞紐。歐世盛的軟件通過數(shù)據(jù)歸集、多維度分析、智能診斷等功能，可大幅減少無效實(shí)驗(yàn)：傳統(tǒng)需進(jìn)行數(shù)萬次排列組合的反應(yīng)篩選，在軟件算法指導(dǎo)下，僅需數(shù)十至數(shù)百次驗(yàn)證，即可鎖定zuiyou路線，顯著縮短研發(fā)周期，提升高通量設(shè)備的效率上限。

四、行業(yè)展望：

AI 化學(xué)閉環(huán)需全鏈條創(chuàng)新突破

王海玉總監(jiān)強(qiáng)調(diào)，構(gòu)建“干-濕實(shí)驗(yàn)室"的完整閉環(huán)，是化學(xué)領(lǐng)域從業(yè)者與企業(yè)的共同目標(biāo)，它需要突破多重壁壘：在硬件端，需持續(xù)推進(jìn)核心部件、反應(yīng)材料、反應(yīng)模式的源頭創(chuàng)新；在數(shù)據(jù)端，需通過高通量設(shè)備積累更豐富、真實(shí)的反應(yīng)數(shù)據(jù)；在軟件端，需深化 AI 算法與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的融合，提升反應(yīng)預(yù)測的精準(zhǔn)度。只有通過全鏈條技術(shù)創(chuàng)新，才能讓高通量設(shè)備真正發(fā)揮“快速篩選、高效驗(yàn)證"的價值，這也是歐世盛的核心競爭力所在。

歐世盛的高通量系列新產(chǎn)品——全自動高通量催化劑合成工作站即將交付國內(nèi)某頭部科研院校，為催化領(lǐng)域高效研發(fā)提供了一體化技術(shù)解決方案，標(biāo)志著歐世盛聯(lián)手中國科研頭部用戶向智能高通量emc邁進(jìn)關(guān)鍵一步。

該工作站可全面覆蓋催化材料研發(fā)中的配料、反應(yīng)、研磨、過濾、焙燒、烘干、壓片、性能測試等關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)流程，打破傳統(tǒng)催化研發(fā)中 “單元操作分散、人工干預(yù)多、流程銜接低效" 的痛點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)研發(fā)過程的標(biāo)準(zhǔn)化與連續(xù)性。

核心壁壘

1、全流程自動化集成，突破行業(yè)從 “單步自動化" 到 “全流程自動化"的核心瓶頸

與市面上多數(shù)停留于 “配料操作自動化" 的設(shè)備不同，此次交付的全自動高通量催化劑合成工作站突破各工作站間卡點(diǎn)，構(gòu)建了全模塊協(xié)同的集成化體系。核心配置包括自動配料模塊、焙燒烘干模塊、自動壓片模塊、自動造粒模塊等樣品制備單元，以及四通道催化劑評價裝置（含自動拆裝單元） 組成的反應(yīng)評價核心單元，同時配套氣液分離、自動采樣、結(jié)果分析模塊，并通過 AGV 智能運(yùn)輸機(jī)器人實(shí)現(xiàn)各單元間物料的無人化轉(zhuǎn)運(yùn)。其中烘干焙燒模塊使用的馬弗爐與干燥箱均為多腔，干燥箱內(nèi)腔數(shù)量為9個，馬弗爐內(nèi)腔數(shù)量為3個，真正落實(shí)了在每個核心環(huán)節(jié)的高通量的高效理念。

2、以催化設(shè)備構(gòu)建差異化競爭優(yōu)勢

行業(yè)催化劑評價裝置：依托微通道反應(yīng)器強(qiáng)化傳質(zhì)、傳熱的核心優(yōu)勢，對于制備的催化劑性能進(jìn)行快速驗(yàn)證，完成了“反應(yīng)原料配置 — 催化劑合成 — 催化劑評價" 全工作鏈的自動化閉環(huán)運(yùn)行通過上述核心技術(shù)創(chuàng)新，使該工作站從根源上提升了催化劑合成與評價的效率，為催化材料的高通量篩選、工藝優(yōu)化提供了可靠的硬件支撐。

此次與該國內(nèi)頭部院校的合作，是歐世盛高通量催化裝備獲得頂尖科研院校認(rèn)可的重要標(biāo)志。除已交付的全自動高通量催化劑合成工作站外，歐世盛還將為其他頭部科研院校提供多通道電化學(xué)高通量篩選平臺、超高通量光催化劑智能開發(fā)平臺、高通量全自動合成儀。進(jìn)一步完善高通量系列產(chǎn)品線布局。

作為銜接 AI 虛擬模擬與實(shí)體實(shí)驗(yàn)的核心載體，高通量實(shí)驗(yàn)設(shè)備的成熟度直接決定 AI 化學(xué)的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。歐世盛全自動高通量催化劑合成工作站的落地應(yīng)用，不僅將助力科研院所在催化材料基礎(chǔ)研究與應(yīng)用開發(fā)中縮短研發(fā)周期、降低試錯成本，更將為“AI 驅(qū)動的高通量催化研發(fā)" 提供可復(fù)制的模塊化繼承靈活解決方案。隨著核心技術(shù)的持續(xù)迭代與行業(yè)生態(tài)的逐步完善，高通量實(shí)驗(yàn)有望成為推動化學(xué)研究范式從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動"向“數(shù)據(jù)驅(qū)動" 變革的核心力量。