研究人员正在研究自然界的化学过程，以开发新的、更清洁的化学生产方法和可以与人体通信的计算机。

西班牙马德里化学科学高级研究所(IAdChem)的有机化学研究员Andr&ute;sdelaEscosura博士着手从根本上改变我们生产日常生活中使用的化学品的方式，他的理由很简单。自然界的化学是清洁高效的，而工业化学则完全不是这样。

德拉埃斯科苏拉说：“自然界的化学反应非常高效，产生的废物很少，消耗的能量也很少。”

他想知道，通过在工业反应中更加紧密地模仿生物学，我们是否可以创建一个更清洁、更环保的化学工业。

在欧盟的资助下，德拉埃斯科苏拉得以与奥地利、荷兰和瑞士等国家的研究人员合作，在一项名为CLASSY的研究计划中对这些想法进行测试，该计划于今年早些时候结束。

天然优势

生物体通过生化反应发挥作用。从呼吸和光合作用到食物消化和肌肉收缩，一切都涉及化学物质的运动、分解、重组和合成。这些过程都非常清洁且节能。

另一方面，当今用于为医疗、能源、交通和住房等部门提供动力的工业化学工业产生了大量废物。例如，药品生产每生产一公斤最终产品通常会产生25至100公斤废物。

化工行业也是能源密集型行业。欧盟统计局报告称，化工和石化行业占欧洲工业能源消耗的五分之一。这使它成为主要的污染源和气候变化的贡献者。

CLASSY的研究人员从生命系统中寻找灵感。大自然通过分离或划分不同的化学过程并使用自然反馈机制来调节它们，高效地合成了种类繁多的复杂化学产品。

连续流动

研究小组探索了在所谓的“微流体反应器”中复制这些过程的方法，该反应器旨在模拟活细胞的活动。

微流控技术是通过微小通道操纵流体的技术。流体及其中的分子通过一系列或微反应器进行分类和引导。不同的分子可以被送入不同的反应室，它们在装置中的移动受到严格控制，是一个循序渐进的过程。

合成化学品的加工需要几个不同的步骤。当你在封闭系统(如烧瓶或工业反应室)中进行这些过程时，你需要在某个时候停止，清空反应器，然后重新启动反应，delaEscosura解释道。

微流体技术使化学反应以更自然的方式发生。反应器中含有酶和其他产生化学反应的分子的混合物。当一个化学反应结束时，化合物会通过系统流向下一个腔室并进行下一个反应。这样做的好处是整个过程可以连续运行。

CLASSY的研究人员在这些反应堆方面取得了良好的进展，成功创建了一种可分解​​植物脂肪以生产生物燃料的微流体装置，从而证明了他们的概念。

德拉埃斯科苏拉承认，该工艺的效率还有待提高，但希望未来此类设备能够根据输入系统的内容完成不同的任务。他说，还需要进行更多的基础研究，但希望这种方法能够大幅减少浪费和能源消耗，同时提高化学产量。

他说：“我们的目标是尽量减少化学工业对气候变化和其他环境问题的影响。”

这一点尤为重要，因为根据欧盟的数据，到2030年全球化学品产量预计将翻一番。欧盟于2020年发布了自己的化学品战略，旨在减少化学品行业对环境和健康的影响，这是欧盟零污染目标和欧洲绿色协议的一部分。

身体化学

在类似的研究道路上，来自西班牙、丹麦、荷兰和瑞士的研究人员正在探索如何利用微流控创建的复杂化学反应网络(CRN)来帮助调节我们体内的过程。

这是为期4年的研究计划CORENET的一部分，该计划也由delaEscosura协调，获得欧盟资助，用于设计能够与人体互动的“化学计算机”。

这并不像听起来那么离奇。“世界上最高效的计算机是化学计算机——人类的大脑，”德拉埃斯科苏拉说。事实上，我们所有监测身体状况并产生相应输出的器官基本上都是信息处理器。

德拉埃斯科苏拉说：“生物系统的所有功能、信息处理，一切都是通过分子来实现的。”

化学计算机的一个潜在优势是，它们可以以化学物质的形式产生信息，这些信息可以直接与生命系统相互作用，并对从生命系统接收到的输入做出反应。这可以用来生产能够模拟自然生化信号的可穿戴医疗设备。

无缝沟通

大多数可穿戴医疗设备仍然相当简单。例如，胰岛素泵可以全天以固定的时间间隔输送一定剂量的胰岛素，帮助糖尿病患者控制血糖水平。

一些正在开发的更先进的设备可以直接响应血糖水平，在需要时输送胰岛素，甚至可以提供一些剂量控制。

可穿戴化学计算机能够测量血液中的化学化合物，并通过一系列反应产生不同的化学物质，这将真正改变游戏规则。

德拉埃斯科苏拉说：“这种采用化学系统的计算可能有助于我们更好地模拟生物体内的复杂性。”

尽管这类设备距离问世还有很长的路要走，但CORENET研究人员相信，有朝一日，它们可以通过由身体信号触发的药物分子合成，为各种疾病提供个性化治疗。它们甚至可以用来创建先进的脑机接口。

对于瑞士苏黎世IBM研究中心的博士后研究员Katja-SophiaCsizi来说，CORENET中所做的工作极具创新性，因为它从完全不同的角度思考化学。Csizi在团队中的工作重点是如何在化学计算应用中使用CRN。

她说：“如果从不同的角度来看待问题，实现雄心勃勃的目标会更容易、更有效。”