自然能释放添加剂制造业的潜力吗？

如果说添加剂制造业的最终目标是找到一套通用的零件套件，那么最近在小分子化学领域受到大自然启发的发展可能使我们更接近未来这个世界。

假设你今晚回到家，发现马桶水箱里的浮臂坏了，你有几个不三不四的客人来吃晚餐，你的岳母需要新的眼镜，而小妹明天必须做一个加州教会大楼的比例模型。

在未来的增材制造世界里，你几乎不会流汗，因为你可以用家里的3-D打印机制造你需要的一切:坚固的金属部件;明确丙烯酸;食物;当然，还有那些小小的西班牙瓦片。

这真的没那么牵强吧？事实上，从发动机零件到假牙再到设计师的晚餐主菜，所有这些东西今天都能做出来（尽管速度很慢）。目前大多数的AM方法都是将分子进行化学混合，然后用紫外光或热等物质对其进行催化，使其转化为不同的分子结构，通常是从液体到固体的相变。

这是在新融合层中构建这种材料的背景下完成的。然而，通常情况下，不同的产品需要不同的材料和类型的机器。例如，用立体平版印刷术可能做得最好的，在熔融沉积模型中可能不那么有效。我们缺少的是在不改变原料或机器类型的情况下制造各种各样东西的能力。

最小的部分，最大的多样性

当然，在这一切上，大自然是一位前辈。模块化是她的中间名，而mini/max模型一直在Bio Central运行。最小部件实现最大多样性，也就是说，决定行为和性能的往往是通过线性比例而不是组件数量来排列少量组件。

然而，在自然和技术之间存在着显著的差异。一个很大的区别是自然材料的基本规模;另一个是持续的信息流，以保证生产的持续进行。

最近的研究进展可能使我们更接近自然模型的第一个计数，规模。伊利诺伊大学香槟分校的一个研究小组设计了一个单一的自动化过程从一组普通的积木中合成14种不同种类的小分子。

O2、N2和CO2等小分子在医学、生物研究和技术等方面有着非常重要的用途。例如，大多数药物都可以归类为小分子药物。

正如他们的公式所示，这些分子只有几个或几个原子连接在一起。在本质上，它们被一次又一次地连接成复杂的数组，根据这些数组，这些数组用于不同的任务。

例如，你身体中的蛋白质，根据它们的排列方式执行许多工作，从酶到转运蛋白。伊利诺伊大学的研究小组研究了数千种化学结构，以辨别基本模式。

如果他们能在这些模式的基础上以更有效的方式合成它们，那么无数个小时的定制化化学就可以省去，许多非专业的研究人员就可以探索新的药物类型。

研究小组负责人马丁·伯克（Martin Burke to）报告说：“大自然以同样的方式制造大多数小分子。”phys.org网站. 伯克是霍华德休斯医学院的化学教授、医学博士和早期职业科学家。“有一小部分构建块被反复耦合在一起，以迭代的方式使用相同的化学反应。（这些）构建块一次又一次出现，我们已经能够剖析出最常见的构建块。”

b级电影的道具?

为了制造出这些基本的配方，他们建造了一台机器，看起来就像科幻b级电影中的道具:小瓶和小管充斥着一种近乎恐怖的复古机械外观。该装置通过分离和测序所需步骤来调节构建分子的过程。在每个工位，需要的成分被加入，一个化学反应被诱导和它的副产物被洗掉，产物被保存为下一个步骤。

显然，对研究人员来说，最困难的挑战是如何持续地洗掉副产品并保留所需的分子。这是真正的“自下而上”的结构，就像大自然所做的那样，研究人员能够将它们的基本部分连接在一起，制造出更复杂的阵列。

研究小组在3月13日的期刊上报告了他们的发现科学类并且已经证明了生产数千种化学物质的能力，大多数在几小时之内。

伯克希望这种发展将打开一个全新的世界的探索,就像现在大规模的三维印刷是做:“愿景是任何人都可以去一个网站,挑选他们想要的构建块,指导他们通过网络,和小分子合成和运输。我们还没到那一步，但我们现在有了一个可行的路线图，为非专业人士提供按需小分子合成。”

伯克成立了一家私人控股公司，革命的药物来自第三方Rock Ventures的4500万美元的A系列融资将这项技术商业化。

信息与自动化

他们正在开发两种方法，这两种方法是伊利诺伊大学研究的成果，并在特殊许可协议下开发：用于识别基本结构模式或支架的信息学平台，以及公司原型设备中使用的自动化过程。

这家位于加利福尼亚州红杉城的公司将利用这项新技术迅速为医药市场制造候选化合物。他们的第一个目标是制造新的配方，可以改善一种久经考验的抗真菌药物，两性霉素B。

虽然这种自然产生的化合物已经在临床上使用了50年，没有明显的耐药性，但它确实有一个剂量限制性的副作用：过量会损害肾脏。伯克的研究小组已经证明，抗真菌机制可以从肾细胞损伤机制中分离出来。该小组正在开发一种新的化合物，用于在不损害人体细胞的情况下杀死真菌。

通过追踪和分析自然界的模式，然后将这些流程精简为自下而上的制造方法，这将扩大目前长期和艰苦的定制化学，这一发展似乎代表了医学领域的一个明显的里程碑。

我也认为它可以为更广泛的应用提供一种模型，并且可能代表着向那种通用的原料和过程迈进了一步，而这种通用原料和过程是未来家中真正了不起的3-D打印机所需要的。

随着我们越来越善于在原子和分子的尺度上模仿自然，我们将在日常生活中看到更多这样的事情。