Eine neue Methode verwandelt die Herstellung kleiner Moleküle in einen wiederholbaren Zusammenbau von Bausteinen, der Maschinen anvertraut werden kann.
Die Herstellung eines organischen Moleküls erfordert die Auswahl mehrerer Reaktionen und anschließend die Anpassung der Arbeitsschritte an jede einzelne Phase. Martin D. Burke von der University of Illinois at Urbana-Champaign schlägt eine andere Logik vor. Sein in Science vorgestellter Ansatz beruht auf im Voraus vorbereiteten Elementen, die nacheinander zusammengesetzt werden.
Ein kohlenstoffhaltiges Molekül.
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Zum Verständnis: Viele organische Moleküle besitzen ein Gerüst aus miteinander verbundenen Kohlenstoffatomen. Die als „blocc chemistry“ bezeichnete Methode versucht, dieses Gerüst in wiederholten Schritten aufzubauen. Jeder „blocc“ liefert einen Teil des späteren Moleküls. Anschließend ermöglicht eine einheitliche Reaktionsfamilie, diese Stücke durch Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen miteinander zu verbinden.
Diese Wiederholung verändert die Art und Weise, wie Automatisierung gedacht wird. Ein Roboter muss nicht mehr die gesamte Vielfalt der von einem Chemiker eingesetzten Handgriffe und Methoden nachbilden. Er kann eine begrenztere Reihe standardisierter Abläufe nacheinander ausführen, insbesondere den Zusammenbau und die Reinigung zwischen zwei Schritten.
Die Idee ist längst nicht mehr nur theoretisch. Mehr als 300 molekulare Bausteine, die im Rahmen dieses Ansatzes entwickelt wurden, sind verfügbar. Hunderte von Laboren haben sie bereits genutzt, um Medikamente, Produkte für die Landwirtschaft, diagnostische Sonden oder auch Materialien herzustellen.
Der Nutzen geht über die reine Herstellungsgeschwindigkeit hinaus: Eine stärker auf Wiederholung ausgerichtete Chemie liefert auch besser strukturierte Daten für Systeme der künstlichen Intelligenz. Diese können Zusammenstellungen vorschlagen, sie automatisch herstellen lassen und anschließend die erzielten Ergebnisse nutzen, um die nächsten Versuche auszurichten. Frühere Arbeiten haben diese Methode bereits mit KI verbunden, um neue organische Materialien zu erforschen.
Konkret könnte dies eine häufige Schwierigkeit der Forschung verringern: Ein am Computer interessantes Molekül muss noch tatsächlich hergestellt und getestet werden können. Eine Maschine, die verfügbare Bausteine schnell zusammensetzen kann, würde diesen Schritt verkürzen. Der Ansatz könnte dazu dienen, Moleküle für Medikamente, Solarzellen oder andere funktionale Materialien zu erforschen.
Dieser leichtere Zugang wirft auch eine Sicherheitsfrage auf. Eine stärker automatisierte molekulare Herstellung könnte mehr Menschen ermöglichen, neue Verbindungen zu erzeugen. Burke schlägt daher Schutzvorkehrungen vor, darunter die automatische Erkennung potenziell gefährlicher Moleküle und unabhängige Kontrollen der eingesetzten Systeme.
Das Molecule Maker Lab hat eine internationale Gruppe gegründet, die unter anderem Chemie, Medizin, künstliche Intelligenz, Industrie und Bildung zusammenbringt. Die ersten Gespräche sind für August 2026 vorgesehen. Ein gemeinsamer Bericht über die zu verabschiedenden Regeln wird Anfang 2027 erwartet.