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隨著納米光子學(xué)的發(fā)展，具有超穎性質(zhì)的人工微結(jié)構(gòu)吸引了眾多研究。針對(duì)日益增長(zhǎng)的研究和設(shè)計(jì)需求，北京大學(xué)物理學(xué)院方哲宇及其研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了一種自洽的框架——BoNet，其結(jié)合了貝葉斯優(yōu)化（Bayesian optimization）和卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（convolutional neural network），實(shí)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)對(duì)于超強(qiáng)光學(xué)手性的自學(xué)習(xí)。基于此框架，他們將納米結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)表示為圖形，并輸入卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行電場(chǎng)分布和反射光譜的學(xué)習(xí)，此過程不需要將納米結(jié)構(gòu)參數(shù)化為向量，因此最大化的保留了其幾何信息和邊界條件。同時(shí)，利用貝葉斯優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)對(duì)納米結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)場(chǎng)光學(xué)手性的優(yōu)化，并運(yùn)用其采樣樣本反復(fù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)自學(xué)習(xí)。利用BoNet，他們針對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)反射光譜的圓二色性進(jìn)行優(yōu)化并逼近了其理論極限(CD = 1)，同時(shí)利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)匹配預(yù)測(cè)的近場(chǎng)電場(chǎng)分布，對(duì)獲得的強(qiáng)光學(xué)手性進(jìn)行分析解釋。 此框架能夠被直接推廣用于其他光學(xué)性質(zhì)的自學(xué)習(xí)優(yōu)化，例如實(shí)現(xiàn)反常透射，偏振態(tài)調(diào)制和相位調(diào)制。更進(jìn)一步的，此方法論能夠幫助設(shè)計(jì)更多的，具有良好光學(xué)性質(zhì)和運(yùn)用價(jià)值的納米光子學(xué)器件，比如消色差超透鏡，超靈敏的微傳感器以及智能超表面等。此研究同時(shí)能夠啟發(fā)更多數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的研究，通過利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他機(jī)器學(xué)習(xí)的方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)科學(xué)研究的新探索，在制藥，引物設(shè)計(jì)，固體結(jié)構(gòu)分析上啟發(fā)新突破。 該工作于2019年11月19日在線發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊《PHYSICAL REVIEW LETTERS》上，題為“Self-Learning Perfect Optical Chirality via a Deep Neural Network”(DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.213902)。北京大學(xué)物理學(xué)院方哲宇研究員是本文的通訊作者，李瑜，徐優(yōu)俊，姜美玲為該文的共同第一作者，北京大學(xué)定量生物學(xué)中心來魯華教授為合作者，北京大學(xué)為唯一通訊作者單位。該工作得到得到了科技部、教育部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、北京大學(xué)人工微結(jié)構(gòu)和介觀物理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、北京大學(xué)納光電子前沿科學(xué)中心、量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、北京大學(xué)高性能校級(jí)計(jì)算平臺(tái)、北京大學(xué)生命科學(xué)中心高性能計(jì)算平臺(tái)等單位的支持。用于近遠(yuǎn)場(chǎng)計(jì)算的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)表征實(shí)現(xiàn)了逼近理論極限的高手性，并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)近場(chǎng)分布進(jìn)行分析

手性環(huán)氧是一類重要的中間體分子，能夠轉(zhuǎn)化成多種手性官能團(tuán)。然而，文獻(xiàn)中還沒有針對(duì)環(huán)氧的光譜手性檢測(cè)方法。蔣偉課題組利用獨(dú)立發(fā)展的“內(nèi)修飾分子管”（ Chem. Commun.   2015,   51,  15490;  Chem. Commun.  2016 ,  52,  9078;  J. Am. Chem. Soc.  2016 ,  138,  14550），通過氫鍵和疏水效應(yīng)在水中實(shí)現(xiàn)了對(duì)手性環(huán)氧的識(shí)別。核磁滴定、熒光滴定與等溫量熱滴定等實(shí)驗(yàn)結(jié)果都證實(shí)“內(nèi)修飾分子管”在水中與環(huán)氧分子之間存在較強(qiáng)的鍵合。同時(shí)，X-射線單晶衍射、核磁滴定等實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)了氫鍵的存在。手性環(huán)氧通過氫鍵將手性信號(hào)傳遞給了非手性但有紫外吸收的“內(nèi)修飾分子管”，誘導(dǎo)產(chǎn)生了紫外圓二色（CD）信號(hào)。通過CD信號(hào)的強(qiáng)度和正負(fù)性，可以實(shí)現(xiàn)絕對(duì)構(gòu)型的歸屬和ee值的測(cè)量。該方法具有環(huán)境友好（溶劑是水，“內(nèi)修飾分子管”能夠回收）、響應(yīng)速度快（30 ms）、可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、適用于高通量檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)。該方法首次實(shí)現(xiàn)了只含環(huán)氧的手性化合物的光譜檢測(cè)，并被成功應(yīng)用于真實(shí)的不對(duì)稱環(huán)氧化反應(yīng)，獲得了與手性色譜方法相類似的結(jié)果，在不對(duì)稱環(huán)氧化的前期條件篩選研究中具有廣闊的應(yīng)用前景。

阿巴卡韋(abacavir)是治療艾滋病和皰疹病毒感染的核苷類藥物。“雞尾酒療法”是迄今為止治療艾滋病的最為有效的方法，阿巴卡韋是“雞尾酒療法”中的不可或缺的藥物組成成分。目前在中國(guó)阿巴卡韋還沒有實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，其關(guān)鍵技術(shù)是手性中間體(-)?-內(nèi)酰胺的制備。 本研究采用自主篩選獲得到的具有高對(duì)映選擇性(+)γ-內(nèi)酰胺酶產(chǎn)生菌株，采用發(fā)酵培養(yǎng)獲得的微生物整體細(xì)胞作為催化劑，在單一水相體系中，以外消旋的?-內(nèi)酰胺為底物，通過生物轉(zhuǎn)化(+)?-內(nèi)酰胺，拆分獲得單一構(gòu)型的產(chǎn)物(-)?-內(nèi)酰胺，在外消旋?-內(nèi)酰胺底物濃度 100－200 g/L 的條件下，轉(zhuǎn)化 10－20 h， 產(chǎn)物(-)γ-內(nèi)酰胺的光學(xué)純度達(dá)到 100%ee，轉(zhuǎn)化率達(dá)到拆分反應(yīng)的理論水平>50%。

在發(fā)展和開發(fā)藥物方面，具有相關(guān)生物活性結(jié)構(gòu)的手性分子的合成，一直以來都扮有很重要的角色，從而導(dǎo)致的藥物革新無論對(duì)提高相關(guān)疾病的治療，還是對(duì)人類健康維護(hù)方面都是十分重要的。在有機(jī)合成領(lǐng)域，盡管以藥物為導(dǎo)向的手性合成是非常具有市場(chǎng)應(yīng)用潛力的，但是手性合成方法的發(fā)展及其作為新型藥物的應(yīng)用還是非常有限。癌癥是當(dāng)今世界危害人類健康最嚴(yán)重的疾病之一，全世界每年約有 700 萬人死于癌癥及其并發(fā)癥。其病理特征為發(fā)病細(xì)胞的生長(zhǎng)和分裂速度明顯高于正常細(xì)胞，但不具備正常細(xì)胞的生理功能和分化能力。癌細(xì)胞除了生長(zhǎng)失控外，還

手性結(jié)構(gòu)廣泛存在于活性天然產(chǎn)物與藥物分子之中。目前，最為 高效地獲取手性化合物的方法是不對(duì)稱催化反應(yīng)。在不對(duì)稱催化領(lǐng)域 中，手性金屬絡(luò)合物一直是研究最為普遍和最高效的手性催化劑，并 且已被廣泛地應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。但是，金屬催化劑通常存在價(jià)格昂貴、 對(duì)空氣敏感及易在產(chǎn)物中殘留等缺點(diǎn)。 自 2000 年以來，手性有機(jī)小分子（不對(duì)稱）催化逐漸被人們重 視并得以迅猛發(fā)展。現(xiàn)在，有機(jī)小分子催化劑已經(jīng)被認(rèn)為是繼手性金

(R)-硫辛酸是一種能消除老化與致病的類似維他命的物質(zhì)，可以去除機(jī)體自由基，促進(jìn)機(jī) 體利用葡萄糖合成維生素C，能有效去除黑色素，還可協(xié)助輔酶進(jìn)行有利于機(jī)體免疫力的生理 代謝，是一種萬能抗氧化劑藥物，廣泛應(yīng)用于預(yù)防和治療心臟病、糖尿病及老年癡呆癥。而近 年來歐美國(guó)家開始將其應(yīng)用于食品、保健品及化妝品，應(yīng)用范圍的擴(kuò)展為其市場(chǎng)增長(zhǎng)提供了廣 闊的空間。目前 (R)-硫辛酸的生產(chǎn)主要是通過化學(xué)拆分法合成 (化學(xué)拆分法合成途徑) ，即先通 過化學(xué)法合成混旋硫辛酸，再利用苯乙胺作為拆分劑對(duì)其進(jìn)行拆分，得到的右旋硫辛酸苯乙胺 鹽，經(jīng)鹽酸脫鹽得到 (R)-硫辛酸粗品，精制后即可得到合格的 (R)-硫辛酸。但由于該法工藝復(fù) 雜，需要多次結(jié)晶，成本高、理論得率僅為50%。 本技術(shù)利用酶法不對(duì)稱還原8-氯-6-羰基辛酸乙酯制備 (S)-8-氯-6-羥基辛酸乙酯，再結(jié)合化 學(xué)法合成 (R)-硫辛酸的工藝路線 (化學(xué)-酶法合成途徑) ，可使 (R)-硫辛酸的合成步驟由化學(xué)-拆 分法的9步縮減到化學(xué)-酶法的6步、產(chǎn)品收率提高40%、生產(chǎn)成本降低20%，而且也顯著地減少 了原料消耗和廢物排放，是典型的環(huán)境友好的綠色合成工藝。合成的最終產(chǎn)品 (R)-硫辛酸的光 學(xué)純度在99%以上，其產(chǎn)業(yè)化更具有經(jīng)濟(jì)效益、更符合綠色技術(shù)的要求 

氯吡格雷 (Clopidogrel) ，商品名波立維 (Plavix) ，是抑制血小板聚集的藥物。年銷售額超 過百億美元，是目前世界上排名第二位的重磅炸彈級(jí)藥物。 (R)-鄰氯扁桃酸甲酯是氯吡格雷原料藥合成的重要前體化合物，酶促鄰氯苯甲酰甲酸甲酯 不對(duì)稱還原是制備 (R)-鄰氯扁桃酸甲酯的重要方法，具有轉(zhuǎn)化率高、產(chǎn)品光學(xué)純度好、環(huán)境污 染小等顯著優(yōu)點(diǎn)。 本項(xiàng)目我們通過廣泛篩選，獲得一個(gè)高立體選擇性的羰基還原酶，將其與葡萄糖脫氫酶共 克隆表達(dá)于大腸桿菌中，使用重組大腸桿菌整細(xì)胞在單水相體系中高效催化鄰氯苯甲酰甲酸甲 酯的不對(duì)稱還原，使用廉價(jià)的葡萄糖作為輔底物，反應(yīng)體系中無需額外添加價(jià)格昂貴的輔酶， 反應(yīng)體系簡(jiǎn)便，原料成本低廉。底物濃度可高達(dá)600 g/L，完全轉(zhuǎn)化，產(chǎn)物 (R)-鄰氯扁桃酸甲酯 的得率高于90%，光學(xué)純度高于99.9%。具有很好的產(chǎn)業(yè)化前景。

產(chǎn)品詳細(xì)介紹三球儀