Изглед от въздуха на Шанхайското съоръжение за синхротронно лъчение. КИТАЙ ДЕЙЛИ
Когато китайските разработчици на лекарства трябва да видят как точно експериментално лекарство се свързва с целевия си протеин или учените по материали искат да разберат защо една батерия или катализатор се представят по различен начин на атомно ниво, мнозина сега се обръщат към националните научни изследователски съоръжения.
Това бележи забележителна промяна в ролята на инфраструктурата на „голямата наука“ на страната. Някога използвани предимно от университети и изследователски институти за фундаментални изследвания, тези научни съоръжения все повече подкрепят корпоративните изследвания и разработки, като същевременно работят директно с предприятията за разработване на експериментални способности, съобразени с индустриалните нужди.
Шанхай, един от най-големите центрове на Китай за голяма научна инфраструктура, е в челните редици на този преход. В момента градът е домакин, изгражда или планира 20 големи научни съоръжения, обхващащи физика, химия, науки за живота и морски науки, с обща планирана инвестиция от около 35 милиарда юана (5,16 милиарда долара). Единадесет съоръжения са завършени, включително Шанхайското съоръжение за синхротронно лъчение, известно още като SSRF, Националното съоръжение за наука за протеини в Шанхай и Националното съоръжение за транслационна медицина, според Общинската комисия по наука и технологии в Шанхай.
Последните данни на комисията подчертават скока на индустриалното търсене. През първото полугодие общите работни часове в SSRF са се увеличили с 16 процента на годишна база, като корпоративното използване е скочило с 44,2 процента, отразявайки нарастващото търсене от компании, използващи националното съоръжение за подпомагане на разработването на продукти и технологичните иновации.
„Съоръженията са предназначени не само да подкрепят граничните научни изследвания, но и да се справят с големи технологични предизвикателства, пред които са изправени индустриите“, каза Уанг Тианджинг, заместник-директор на отдела за развитие на научна инфраструктура и платформи в Общинската комисия по наука и технологии в Шанхай.
Увеличението следва поредица от корекции на политиката през последните три години, насочени към подобряване на достъпа до националната изследователска инфраструктура и насърчаване на съоръженията да допринасят по-пряко за индустриалните иновации.
Тези мерки включват стратегически потребителски консултативен комитет, който включва обратна връзка от университети, изследователски институти и технологични компании в планирането и надграждането на съоръженията, както и нов механизъм за оценка, който възнаграждава съоръженията за принос към корпоративните иновации и развитието на индустриалните технологии.
Изследователи от SSRF казват, че отношенията на съоръжението с компаниите са се развили фундаментално през последното десетилетие.
„Когато съоръжението беше отворено за първи път, имаше много малко индустриални потребители“, каза Уанг Кишенг, директор на отдела за науки за живота в Шанхайския научен център за синхротронно лъчение, който е свързан с Шанхайския институт за напреднали изследвания, Китайската академия на науките. „Днес приложенията се разшириха от структурната биология до енергетиката, химикалите, съвременните материали, батериите и много други индустриални сектори.“
По-важното е, че сега компаниите се нуждаят от задълбочени научни познания, а не просто от достъп до сложно оборудване.
„Понякога съществуващите експериментални платформи не могат да отговорят на нови научни въпроси“, каза той. „В тези случаи работим с компании за съвместно разработване на персонализирано експериментално оборудване и експериментални системи.“
Това представлява еволюция: съоръжението вече не е просто споделена национална лаборатория, а научен партньор, способен да се справи със сложни препятствия пред промишлените изследвания и разработки.
В момента SSRF оперира с 38 лъчеви линии и 55 експериментални станции, което позволява провеждането на множество експерименти едновременно.
Външните потребители кандидатстват за време за лъч чрез партньорска проверка, докато корпоративните потребители получават достъп според специфични изисквания за изследване.
Сред най-ранните индустриални потребители на съоръжението е Viva Biotech, базирана в Шанхай договорна изследователска организация, която си сътрудничи със SSRF малко след като съоръжението беше отворено за потребители през 2009 г.
Създадена през 2008 г., компанията предоставя структурно базирани услуги за откриване на лекарства, като помага на глобалните фармацевтични и биотехнологични компании да идентифицират и оптимизират кандидати за лекарства, използвайки технологии на структурна биология.
Докато компютърното моделиране може да генерира голям брой потенциални лекарствени молекули, изследователите все още се нуждаят от експериментални доказателства, показващи дали тези молекули взаимодействат с протеините по предназначение. Използвайки синхротронни рентгенови лъчи, изследователите събират дифракционни данни от протеинови кристали, за да реконструират триизмерни структури на комплекси протеин-лекарство, което им позволява да визуализират как кандидат-молекулите взаимодействат с техните биологични цели.
„Структурната информация позволява на клиентите да определят дали дадена молекула е проектирана по подходящ начин и как трябва да бъде оптимизирана“, каза Джоу Ю, изследовател във Viva Biotech.
Джоу добави, че сътрудничеството също е станало по-ефективно, тъй като SSRF надгражда своите софтуерни системи.
„По-новите лъчеви линии и местно разработеният софтуер значително увеличиха пропускателната способност и намалиха отказите на оборудването, позволявайки на изследователите да обработват значително повече проби по време на всяка експериментална сесия, отколкото преди няколко години“, добави той.
Тенденцията за съвместно разработване на изследователски способности се ускорява. Основен пример е сътрудничеството между SSRF и държавния енергиен гигант China Petroleum and Chemical Corp, които съвместно създадоха това, което описват като първата специализирана синхротронна платформа в Китай за енергийния и химическия сектор.
Платформата, която включва три лъчеви линии, предоставя персонализирани изследователски възможности за проучване на нефт и газ, нефтохимикали и нови енергийни материали. За разлика от споделените линии на лъчи, те са съвместно разработени за справяне със специфичните за индустрията технически бариери.
Същият модел се появява отвъд синхротронната наука. В Националното съоръжение за наука за протеини в Шанхай изследователите са разработили съвместно автоматизирана безклетъчна платформа за синтез на протеини с Kangma (Shanghai) Biotechnology Co, базирана в Шанхай биотехнологична компания. Платформата е в последния си етап на пускане в експлоатация и се очаква скоро да започне работа.
Системата може бързо да преобразува протеини, проектирани от изкуствен интелект, във физически проби за експериментална проверка, като помага за справяне с едно от най-големите пречки в изследванията на протеини, управлявани от AI.
„Тясното място вече не е дизайнът на протеини“, каза Wu Jiarui, директор на Националния център за наука за протеини в Шанхай. „AI може да генерира протеинови последователности много бързо, но те все още трябва да бъдат синтезирани и експериментално проверени.“
Платформата е проектирана като споделена изследователска инфраструктура, обслужваща университети, изследователски институти и биотехнологични компании, интегрирайки AI-асистиран протеинов дизайн, автоматизиран синтез и структурна проверка в един работен процес.
Тъй като китайските компании се насочват към все по-сложни области, вариращи от иновативни лекарства до съвременни материали и чиста енергия, изследователите в съоръженията казват, че търсенето все повече се съсредоточава не върху достъпа до скъпи машини, а върху персонализирани научни способности, които помагат за решаването на проблеми, които конвенционалните инструменти за научноизследователска и развойна дейност не могат.
„Ние не просто предоставяме оборудване“, каза Уанг Кишенг. „За много гранични индустриални проблеми ние работим заедно с компании, за да разработим експерименталните подходи, необходими за решаването им.“