基于新型自动化分装机器人的ChemBeads快速精准分装技术及其在384孔微孔板高通量实验中的应用

为解决传统固体分装技术效率低、误差大的问题，Boehringer Ingelheim团队开发了创新型ChemBeads自动分装系统。该平台通过专利设计的定量分装头，实现了96/384孔微孔板(MTPs)中化学涂层珠的快速精准分装，并配备可视化操作界面提升可追溯性。研究同时建立了适用于苛刻条件的金属催化反应通用工作流程，成功验证了高温异相条件下C-N交叉偶联反应的高通量筛选，为超高通量实验(ultrahigh-throughput experimentation)提供了革新性解决方案。

　　

在药物研发和材料科学领域，高通量实验(high-throughput experimentation)已成为加速发现进程的核心手段。然而传统固体分装技术面临两大瓶颈：一是依赖人工称量导致效率低下，二是高温高压等极端条件下的反应筛选缺乏标准化方案。这些问题严重制约了超高通量实验(ultrahigh-throughput experimentation)在复杂反应体系中的应用广度。

德国勃林格殷格翰制药公司(Boehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co. KG)的研究团队Vincent Porte等人突破性开发了ChemBeads自动分装机器人系统。该技术通过创新设计的定量分装头，首次实现化学涂层珠在96/384孔微孔板(MTPs)中的快速精准分装，配合可视化界面确保操作可追溯性。研究同时建立了金属催化反应的通用工作流程，成功在384孔玻璃微孔板中完成高温异相条件下的C-N交叉偶联反应验证。相关成果发表于《Organic Letters》，为复杂反应体系的高通量筛选提供了全新范式。

关键技术包括：1）新型定量分装头设计实现ChemBeads的容积式分装；2）开发支持96/384孔微孔板的自动化平台；3）建立极端条件下金属催化反应的标准化工作流程；4）采用异相反应体系和非常规溶剂验证系统可靠性。

【分装系统设计】

研究团队开发的专利分装头采用模块化结构，通过精确控制珠体流动实现0.5-5 mg范围的定量分装，相对误差<3%。该系统成功克服了传统重力分装(gravimetric solid dosing)的速度限制，单板分装时间缩短至传统方法的1/8。

【反应体系验证】

在验证实验中，研究人员选择钯催化的Buchwald-Hartwig偶联反应作为模型体系。使用2-溴吡啶与苯胺在110°C异相条件下反应，通过384孔玻璃微孔板实现96个平行反应的同时筛选，反应转化率差异系数(CV)<5%，证实系统的高重现性。

【溶剂兼容性】

研究特别测试了二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)等高沸点溶剂的适用性。这些在常规超高通量筛选中极少使用的溶剂，在新系统中展现出优异的兼容性，拓展了反应筛选的化学空间。

该研究实现了三大突破：首先，ChemBeads分装技术将固体试剂的处理效率提升至新高度；其次，标准化工作流程解决了极端条件反应的筛选难题；最后，系统对非常规溶剂的兼容性显著扩大了可筛选反应类型。这些进展为药物发现中的高通量筛选(high-throughput screening)提供了革命性工具，特别适用于需要精确控制固体催化剂用量的金属有机反应体系。研究团队指出，该技术平台可进一步拓展至光催化、电化学等新兴反应领域，为复杂反应机制的快速探索开辟新途径。