化學合成作為現代化學的核心，數百年來一直依賴人工批次處理和經驗式實驗，收率低、效率慢、安全隱患等問題，早已難以匹配當下快速分子發現、可持續工藝開發的需求。而流動化學與人工智能的深度融合，催生出智能流動化學這一全新領域，推動化學研究從 “經驗試錯" 向 “數據驅動的自主化探索" 跨越，真正邁入 “自驅動實驗室" 時代。

近日，甬江實驗室與寧波諾丁漢大學的研究團隊在CCS Chemistry發表重磅綜述，系統梳理了智能流動化學的發展脈絡、核心架構、前沿應用，也剖析了這一領域的現存挑戰與未來方向，為化學合成與材料發現的智能化發展提供了全面指引。

從自動化到自主化，智能流動化學的三步進化

智能流動化學的誕生，并非一蹴而就，而是流動化學、自動化技術、人工智能逐步融合的結果，其發展歷程清晰分為三個階段，核心是實現從 “硬件自動化" 到 “認知智能自主化" 的升級：

1. 自動化流動化學階段：機器人平臺與在線分析技術結合，實現高通量數據采集，告別純人工操作，為后續數據驅動研究奠定基礎；

2. AI 驅動閉環實驗階段：集成貝葉斯優化等機器學習算法，能實時分析反應數據、迭代優化反應條件，實現無人工干預的閉環實驗；

3. LLM 驅動自主實驗室階段：大語言模型（LLMs）作為 “認知大腦" 登場，可解析化學文獻、自主規劃多步合成路線、生成機器人硬件控制代碼，讓化學實驗擁有了 “自主思考" 的能力。

而這一切的實現，依托于硬件架構與算法體系兩大核心支柱的深度融合，二者共同決定了智能流動化學系統的自主化能力。

兩大核心支柱，構筑智能流動化學體系

硬件架構：三大模塊，打造精準、高效的實驗基礎

智能流動化學的硬件體系，就像一套精密的 “化學機器人"，由三個核心模塊構成，每個模塊都實現了傳統實驗設備的升級迭代：

· 樣品制備與遞送系統：相當于機器人的 “血液循環系統"，通過精密泵、機械臂、多通閥陣列，實現試劑的精準計量和無接觸遞送，結合分段流技術還能大幅減少試劑消耗，兼顧效率與經濟性；

· 自動化微反應器：實驗的 “核心反應艙"，除了基礎的微混合器、填充床，還開發出光、電、高壓等專用反應器，支持模塊化即插即用，甚至能通過 3D 打印定制流路，在 255℃高溫等條件下穩定運行；

· 過程分析技術（PAT）：機器人的 “眼睛和感官"，集成在線 NMR、拉曼、UV、HPLC/GC-MS 等設備，實現反應過程的非侵入式實時監測，還能通過多技術融合、深度學習輔助，讓數據采集更精準、更全面。

算法體系：三代迭代，賦予實驗 “自主決策" 能力

如果說硬件是 “身體"，算法就是智能流動化學的 “大腦"，從經典的統計方法到前沿的大語言模型，算法的進化讓實驗從 “按指令執行" 變成 “自主優化決策"：

· 經典控制算法：DoE、SNOBFIT 等，基于統計設計映射簡單反應空間，是早期優化的基礎；

· 數據驅動智能算法：貝葉斯優化、強化學習、深度學習為核心，能處理復雜的高維反應空間，實現多目標優化，比如貝葉斯優化適合穩態反應器收率提升，強化學習擅長多相系統的動態控制；

· 認知智能算法：以 LLMs、多智能體為代表，能理解自然語言、調用外部工具、規劃合成路線，甚至生成硬件控制代碼，真正實現了 “從實驗設計到執行" 的全流程自主化。

五大核心應用，解鎖化學合成多領域突破

憑借硬件與算法的雙重優勢，智能流動化學已在催化劑開發、藥物合成、材料制備等多個領域實現規模化應用，核心價值在于大幅縮短實驗周期、提升篩選效率、實現多目標優化、保障工藝可放大性，帶來了一系列突破性成果：

1. 催化劑開發：從海量組合中快速篩選答案

無論是均相催化的手性配體優化，還是多相催化的 CO?加氫催化劑篩選，智能流動化學都能通過算法從數十萬甚至兩千萬種組合中，快速鎖定高活性、低成本的催化劑，還能將催化劑成本、環境效益納入優化目標，同時實現催化反應機制的高效研究，讓動力學分析效率提升 40 倍。

2. 反應性能預測：讓化學合成從 “經驗" 變 “精準"

在藥物發現中，集成機器學習的閉環平臺將 Abl 激酶抑制劑的開發周期從數周縮短至 90 分鐘，僅合成 21 個化合物就發現高活性骨架；在肽合成、糖基化反應中，通過算法能精準預測反應立體選擇性、聚集風險，誤差低至 6% 以下；在納米材料、聚合物制備中，實現納米顆粒尺寸、造影劑性能的精準預測與篩選。

3. 合成路線設計：規劃 + 適配，打造綠色高效的流動工藝

通過 RXNGraphormer、ASKCOS 等平臺，算法能自主規劃逆合成路線，并篩選出適配流動化學的方案，解決試劑溶解性、相分離等流動化學問題。更重要的是，該技術將過程質量強度（PMI）、環境因子（E - 因子）等綠色化學指標納入優化，還能實現工業廢料向藥物的定向轉化，讓合成既高效又環保。

4. 反應條件自優化：攻克難反應，實現效率躍升

針對鋰 - 鹵素交換等超快速、強放熱反應，光電催化、電合成等復雜反應，智能流動化學能通過多目標優化，平衡收率、選擇性、雜質等多個指標，讓原本收率僅 6% 的偶聯反應提升至 35%，光催化反應收率從 45% 提升至 77%，還能大幅縮短優化周期，將電合成優化從數天壓縮至 4 小時。

5. 連續放大：從實驗室微尺度到工業規?；?/span>

智能流動化學解決了傳統合成 “實驗室小試成功，工業放大失敗" 的痛點，通過拓撲優化、3D 打印定制反應器，結合計算流體動力學模擬，實現反應器流路與工藝參數的精準設計，能將納摩爾級的篩選結果直接轉化為百克級、甚至每日 33kg 的工業級制備，實現從實驗室到工廠的無縫銜接。

機遇與挑戰并存，智能流動化學的未來在哪？

盡管智能流動化學已取得諸多突破，但要實現真正的通用化、普及化，仍面臨不少挑戰：數據層面，文獻數據碎片化、缺乏標準化，難以支撐高效的模型訓練；硬件層面，定制化架構為主，缺乏即插即用的標準化模塊，適配復雜多步反應的能力不足；算法層面，部分算法可解釋性差，大語言模型直接控制硬件存在 “幻覺" 導致的安全風險；此外，跨學科人才短缺、軟硬件生態割裂、低成本平臺缺失等問題，也制約著技術的落地。

但挑戰背后，是更廣闊的發展機遇。未來，智能流動化學的核心發展方向將聚焦四大方面：

1. 技術融合：構建開放的機器可讀化學數據集，開發標準化、模塊化硬件，讓大語言模型與貝葉斯優化等底層算法深度結合，同時加入安全防護機制，規避算法風險；

2. 平臺普及：開發低成本通用型自主平臺，讓更多實驗室和企業能用上這一技術，打破 “高成本壁壘"；

3. 應用拓展：聚焦碳中和制造、循環化學、高通量功能材料發現，讓技術更好地服務于綠色發展和前沿材料研究；

4. 體系建設：培養兼具化學、工程、自動化、數據科學的跨學科人才，*軟硬件標準，加強產學研協同，讓智能流動化學真正從實驗室走向工業生產。

智能流動化學的出現，不僅是化學合成技術的一次革新，更是化學研究范式的根本轉變 —— 從 “靠人工、憑經驗" 到 “靠數據、靠智能"。它憑借 AI 驅動的高維空間探索能力、自主生成的高保真數據、危險環境下的連續安全運行能力，大幅壓縮了實驗迭代周期，提升了研究效率與可重復性。

隨著開放數據集的構建、標準化硬件的開發、跨學科人才的培養，智能流動化學必將在藥物開發、材料發現、綠色制造等領域發揮更大作用，真正實現 “自驅動實驗室" 的愿景，為現代化學的發展注入全新動能，開啟屬于人工智能的化學合成新時代。

浙江布瑞利斯科技有限公司是國內專注于連續化工領域的高新技術企業，聚焦流動化學、連續光化學技術研發與裝備制造，打造了從實驗室小試到工業化量產的全鏈條解決方案。其核心圍繞連續流技術打造系列裝備，涵蓋連續化學平行篩選裝置、微通道反應器、連續光催化反應儀等，配套高壓泵、在線檢測設備及定制化光催化劑，可實現反應、結晶、過濾等連續化工單元的一體化銜接。依托微反應器精準控溫、高效傳質的優勢，能解決傳統批次生產效率低、副反應多的痛點，已實現維生素D中間體、地屈孕酮關鍵中間體等產品的連續流高效合成，更落地100噸 / 年規模連續加氫反應工業化系統。