大家好！现在科技越来越发达，很多东西都离不开小小的纳米粒子。像在化学和生物传感、光伏发电这些领域，纳米粒子都发挥着大作用。但要做出性能超棒的纳米粒子可不容易，就像搭乐高，每个零件都得精准匹配。今天一起来了解科学家们怎么突破难题，合成出厉害的等离子体纳米粒子——《Self-driving lab for the photochemical synthesis of plasmonic nanoparticles with targeted structural and optical properties》发表于《nature communications》，这里面还藏着一个超智能的“秘密武器”呢！
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一、纳米粒子合成的难题
咱们都知道，纳米粒子用处多多，可合成它们的过程困难重重。就好比做一道复杂的菜，食材的添加顺序、火候的大小、烹饪的时间，每一个环节都得拿捏得死死的，稍微有点差池，这道菜的味道就不对了。合成纳米粒子也是这样，试剂添加和混合的速度、浓度，还有反应的时间和温度，这些条件相互影响。而且，条件越多，组合起来的可能性就像滚雪球一样越来越大。以前靠人工一次次尝试来找出合适的反应条件，又费时间又费精力，简直就是一场艰苦的“战斗”。
二、自动化实验室来帮忙
这时候，自动化实验室（SDLs）闪亮登场啦！它就像一个超智能的机器人厨师，能自己“琢磨”怎么做出完美的“纳米粒子大餐”。它把自动化设备、纳米粒子的检测工具，还有超厉害的机器学习算法整合在一起。自动化设备可以精准控制试剂的注入、混合这些操作；微流控技术能像给食材精准分配用量一样，控制试剂供应，还能快速采集数据；机器学习算法更厉害，能分析出反应条件和纳米粒子特性之间的关系，推荐接下来的实验条件，不用把所有可能性都试一遍，大大提高了效率。不过，以前的方法也有一些小缺点，要么对杂质和噪音太敏感，要么在选择实验目标的权重时让人头疼。
三、AFION实验室的神奇之处
AFION实验室，就是SDLs里的“尖子生”！它专门用来光化学合成无机纳米材料。工作的时候，先选好要合成的纳米粒子的光谱特性作为目标。然后通过闭环迭代的光化学合成，不断调整反应条件。每次实验后，收集数据更新机器学习模型，模型再给出新的实验条件，直到合成的纳米粒子达到我们想要的光谱特性。这个过程完全不用人工干预，特别智能。
四、合成多种纳米粒子的成果
AFION实验室的“战绩”相当辉煌！合成了好多不同类型的等离子体纳米粒子。
金纳米棒：
合成出了高、低不同纵横比的金纳米棒。为了达到目标，给它设定了好几个“小目标”。比如，通过控制特定光谱区域的面积比，让金纳米棒的数量更多；调整纵向表面等离子体共振峰的位置，让它符合我们的要求；还要把半高宽降到最低，让金纳米棒的尺寸更均匀；最后，提高特定波长的强度比，让合成的产量更高。经过一次次实验，在23次实验的时候，成功达到了所有目标，合成的金纳米棒质量超棒，和传统方法做出来的一样好，但用的一种叫CTAB的试剂浓度只有传统方法的十分之一，不仅更容易提纯，还更安全。
合金AuAg纳米球：
合成了不同金含量的合金AuAg纳米球。同样给它设定了目标，像控制表面等离子体共振峰的位置、缩小半高宽、提高共振峰强度。实验结果超赞，不同金含量的纳米球都在27-29次实验左右达到了目标，合成的纳米球尺寸合适，金和银元素分布得特别均匀。
核-壳Au/Ag纳米球：
合成核-壳结构的Au/Ag纳米球也难不倒AFION实验室。通过控制特定光谱区域的面积比、最小化实验测量的表面等离子体共振峰和目标值的偏差、缩小半高宽、最大化共振峰强度这些目标，在25次实验的时候就成功合成了。合成的纳米球尺寸和我们预期的几乎一样，用透射电镜和能谱分析一检测，发现确实是我们想要的核-壳结构。
Au四足体：
以前光化学合成Au四足体可难了，但是AFION实验室做到了！通过设定光谱区域面积比、表面等离子体共振峰位置、半高宽和强度比这些目标，在28次实验的时候成功合成。合成的Au四足体和传统湿化学合成的光谱特征很像，尺寸也接近目标值。和随机搜索实验比起来，AFION实验室的效率高太多了，随机搜索30次都达不到目标，AFION实验室28次就搞定了。
五、实验室的性能评估
AFION实验室的表现堪称优秀！在很多方面都展现出了强大的实力。
自主性：
整个合成过程，从实验操作到数据分析，再到确定下一次实验条件，都不需要人工插手，自己就能把事情安排得妥妥当当。
运行寿命：
它可以连续运行2天，能做80-100次反应。要是解决了前驱体降解的问题，还能一直运行下去，简直就是个不知疲倦的“工作狂”。
通量：
平均每小时能合成2-3个样品。而且，通过振荡流体合成技术，像合成金纳米棒的时候，反应时间从30分钟缩短到了20分钟，效率大大提高。
实验精度和可重复性：
不管是随机选的实验，还是连续重复的实验，结果都很稳定，相对标准偏差很小。这说明它的实验精度很高，就像神枪手每次都能精准命中目标一样。
材料使用量：
做了这么多实验，每种试剂总共才用了0.005-0.06克，非常节省材料，是个“节约小能手”。
优化效率：
和随机搜索比起来，AFION实验室在多目标优化合成等离子体纳米粒子方面效率超高。就像找宝藏，AFION实验室能更快地找到正确的方向。
六、数据分析大揭秘
