許多等離子體納米粒子的應(yīng)用需要精確控制其光學(xué)特性，這些特性受納米粒子尺寸、形狀、形貌和組成的影響。然而，尋找具有目標(biāo)特性的納米粒子合成反應(yīng)條件是一個(gè)耗時(shí)且資源密集的試錯(cuò)過(guò)程。閉環(huán)納米粒子合成技術(shù)能夠在無(wú)需人工干預(yù)的情況下加速探索廣闊的化學(xué)空間。

2025年2月8日，加拿大多倫多大學(xué)Eugenia Kumacheva在國(guó)際知名期刊Nature Communications發(fā)表題為《Self-driving lab for the photochemical synthesis of plasmonic nanoparticles with targeted structural and optical properties》的研究論文，Tianyi Wu為論文第一作者，Eugenia Kumacheva為論文通訊作者。

Tianyi Wu，加拿大多倫多大學(xué)Eugenia Kumacheva課題組博士生。2017年、2021年獲多倫多大學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位，現(xiàn)攻讀博士學(xué)位。其研究興趣為人工智能、納米顆粒合成、自組裝。

在本文中，作者介紹了一種自主流體識(shí)別與優(yōu)化納米化學(xué)（AFION）自驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室集成了微流控反應(yīng)器、流動(dòng)光譜法納米粒子表征和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）技術(shù)，探索和優(yōu)化用于等離子體納米粒子光化學(xué)合成的多維化學(xué)空間。

針對(duì)光譜納米粒子特性，AFION實(shí)驗(yàn)室確定了合成具有特定形狀、形貌和組成的不同類型納米粒子的反應(yīng)條件。數(shù)據(jù)分析揭示了反應(yīng)條件在目標(biāo)納米粒子類型合成中的作用。

本工作表明，AFION實(shí)驗(yàn)室是一個(gè)有效的按需合成等離子體納米粒子的探索平臺(tái)。

圖1：AFION實(shí)驗(yàn)室的閉環(huán)光化學(xué)納米顆粒合成

圖2：高縱橫比和低縱橫比AuNRs的合成性能

圖3：合金AuAg NSs的合成性能

圖4：核殼Au/Ag NSs的合成性能

圖5：金四足體（Au tetrapods）的合成性能

圖6：光化學(xué)合成納米顆粒的數(shù)據(jù)分析

綜上，本文介紹了一種名為“自主流體識(shí)別與優(yōu)化納米化學(xué)（AFION）”的自驅(qū)動(dòng)實(shí)驗(yàn)室，該實(shí)驗(yàn)室通過(guò)整合微流控反應(yīng)器、流動(dòng)光譜法納米顆粒表征和ML技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)等離子體納米顆粒的光化學(xué)合成的自動(dòng)化探索和優(yōu)化。研究針對(duì)納米顆粒的光譜特性，通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化，合成出具有特定形狀、尺寸和組成的納米顆粒。

該研究解決了傳統(tǒng)納米顆粒合成中耗時(shí)耗力的試錯(cuò)問(wèn)題，通過(guò)ML實(shí)現(xiàn)了對(duì)復(fù)雜化學(xué)空間的高效探索，顯著提高了納米顆粒合成的效率和精度。

AFION實(shí)驗(yàn)室為按需合成具有特定光學(xué)性質(zhì)的等離子體納米顆粒提供了一個(gè)有效的平臺(tái)，可廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)成像、藥物遞送、光電器件等領(lǐng)域。

此外，該平臺(tái)的自動(dòng)化和智能化特性使其能夠適應(yīng)多種納米材料的合成需求，為未來(lái)納米材料的定制化合成和應(yīng)用提供了廣闊的空間。

Wu, T., Kheiri, S., Hickman, R.J.?et al.?Self-driving lab for the photochemical synthesis of plasmonic nanoparticles with targeted structural and optical properties.?Nat. Commun., (2025).