上海交大苏远海研究员团队：“数字化微反响器体系”助力我国化工制药职业开展

  2023年9月19日上午，以“碳循新工业、数聚新经济”为主题的第23届中国国际工业饱览会在国家会展中心举行。上海交通大学安排25项严重立异效果以独立展厅的方法参展，项目涵盖了先进制作、新一代信息技能、人工智能、新材料、新动力、绿色环保、医疗设备等多个领域，凸显了高校作为人才和立异资源集中地的优势。本栏目进一步探究了部分参展项目，旨在为读者带来深度展现和生动解读。

  如何将反响时间长达10小时之后的釜式工艺快速转换为反响时间在30分钟以内的接连流工艺，如何将抗艾滋病的药物研制流程进一步缩短并进步反响功率，上海交通大学化学化工学院苏远海研究员团队规划了传递及反响功用优越的微反响器，结合先进操控技能及人工智能，构建了主动改动接连流反响操作参数的数字化微反响器体系。微反响技能初次呈现于20世纪90年代，兼具设备小型化和进程集约化的特色，已开展成为重要的化工进程强化技能。与传统化工技能比较，微反响技能经过强化反响器的传递功用，进步反响（进程）功率和产品质量，确保化工进程的安全性，具有宽广的运用远景。苏远海团队将微反响技能结合主动化操控技能及人工智能（AI），能显着加速微反响器选型、催化体系挑选、工艺优化、进程扩大等进程，节约很多的人力物力，是化学工程领域重要的穿插方向。

  当时主动化操控的微反响器体系遍及是由国外跨国公司独占的定型产品，价格非常贵重，并存在功用单一、操作界面缺少人性化等缺点，妨碍微反响技能在我国化工、制药、动力等领域的运用及工程化。在国家高层次人才计划青年项目、科技部要点研制计划课题、国家自然科学基金、上海市科委科研计划项目等的支持下，上海交通大学化学化工学院苏远海研究员团队规划的微反响器已构成自主中心知识产权，打破欧美发达国家对高端微反响器产品及体系的技能封闭。

  微反响技能为处理釜式光反响工艺中光照不均匀及进程功率低一级问题供给了杰出计划。但是，光源与微反响器间匹配问题鲜被注重，体系温控及稳定性差，妨碍其工程化运用。温度-光强联动调控的接连流微反响器是由上海交通大学接连流反响器技能研究组自主研制，运用一体化成型工艺，打破构筑本钱、加工方法的约束，完成多层次产能掩盖。创始了热化学/光化学反响模块耦合集成的新范式，完成了物质和能量的高效转化，在较短的反响时间内取得较高的反响选择性和产品收率；打破传统光反响工艺扩大困难的技能瓶颈，远超商场现有光化学微反响器的操作通量；下降化学品组成的工艺本钱，进步商场竞争力。例如，运用该类微反响器，完成了天然药物胡桃醌和阿斯利多、四环庚烷等多种高端化学品的接连高效规模化组成，由釜式反响时间10余小时缩短到接连流工艺的30分钟以内，产品收率显着得到进步（乃至高达99%），比能耗显着下降。

  开发了国内首套以客户的实在需求为导向的数字化微反响器体系，运用树莓派作为操控单元来完成对流体输送泵、光源、加热冷却循环器、接样器、剖析仪器等设备的操控，运用计算机视觉技能及操控战略智能调度算法，完成反响参数的快速优化。首先建立了在线和离线剖析相结合的战略，易于操作的人机交互界面包括参数主动调理与主动接样功用，拓宽了接连流组成技能的运用领域。自主开发的微反响器模块可根据实践的需求快速替换，打破了现存技能的操作通量约束，为多种高值化学品的高效、接连、规模化出产奠定根底。运用该数字化微反响器体系的拓宽模块，快速完成微通道内多相流型的智能辨认及分类、工艺优化、反响动力学建模等，进步了进程功率，显着缩短研制周期。

  苏远海研究员团队在数字化微反响器体系研制期间，长时间与上海、山东、江苏等地的化工、制药头部企业协作，推进多种高端化学品、药物接连组成的进程强化、扩大及工业化运用。与上海迪赛诺医药集团协作攻关，共同开发了抗艾滋病药物多替拉韦、齐多夫定等的要害中间体高效接连微反响组成工艺及进程扩大技能，产品收率由原有釜式工艺的74%（反响时间为38 小时）进步到微反响工艺的90%（反响时间为50分钟）。进一步成功构建了运用菱形微构件调控微通道流场的微反响制药原型机及吨级中试进程配备，处理原有釜式工艺所存在的副产品多、安全危险高、进程功率低一级缺点，以期完成微反响技能在抗艾滋病药物组成中的工业化运用，为推进咱们国家化工制药工业晋级做出奉献。