化学提供了许多当今的必需品，是推动研究、创新和经济增长的基础，但它同时也是气候变化的主要影响因素。

排放有害物质和温室气体，对废弃物缺乏妥善管理都源于不当的化学操作，需要彻底改革才能实现新的可持续发展目标。

近年来，业界对数字技术和强大的认知工具越来越感兴趣，它们能够加速可持续解决方案的实施。 从改善数据管理到提高资源利用效率，数字化转型可以通过重新审视和优化化学流程，提升行业能力，减少对环境的影响。 然而，根据对未来十年的预测情况，企业进行数字化转型的成功几率只有 30%。

不明智的数字化战略会迅速让明智的投资付之东流。 与此相反，对数字技术和各种可能性，以及战略实施伙伴的深刻理解可以带来新的机遇，帮助企业实现可持续发展目标，同时显著提高其市场竞争力。

数字化和知识管理：奠定坚实的数据基础

从早期的研发到上市后的监测，化学工业不断产生并收集海量数据。 然而，企业内部以及企业之间缺乏协调会导致宝贵信息的丢失和资源的浪费。 据估计，这些非结构化数据或“暗数据”约占所有存储数据的 55%，严重阻碍了该领域的研究和创新。

数字化可以构建数据和实验室工作流程，同时降低对环境的影响。 造纸业占全球木材贸易量的 40% 以上，字化知识管理系统可以防止数据丢失，最大限度减少滥砍滥伐现象。

十年前，《自然》杂志发表了一篇题为“科学家快速丢失数据”的文章，其中报告称约 80% 的科学数据在 20 年后将变得无法使用。 令人欣慰的是，数字化解决方案的兴起为研究人员提供了机会，可以重新利用尘封的科学数据，并将其转化为数据驱动创新的新平台。

下载本案例研究，了解一家大型健康科技企业如何使其内部研发数据更易于访问。

识别创新机会：利用人工智能解决方案优化化学工艺

如今，超过 80% 的化工企业声称，可持续发展已经变得与营收增长同等重要。 尽管对生产实践进行了重大调整，纳入了更多可持续的选项，但许多化工流程仍然依赖于会产生有害废物和温室气体的溶剂以及化石燃料。 用更环保的替代品取代现有工艺是一条漫长的道路，需要大量的时间和资金投入。 得益于化学行业中数字化的兴起，现在认知工具为可持续发展和创新提供了一条捷径，增加了投资回报（ROI）。

人工智能（AI）支持的搜索和分析可以有效地确定与目标和相关范围相关的信息。 通过直接筛选内部数据库，预测模型可以为改善化学配方、可持续生产流程和提高生产率提供精确的建议。 2022 年，三分之二的公司表示正在积极制定人工智能战略，以实现其可持续发展目标。

随着人工智能项目增加，企业需要坚实的数据基础和强大的培训策略，以确保人工智能的准确性。 缺乏数据多样性或低质量的数据会导致性能变化和模型漂移，影响人工智能预测，甚至导致投资打水漂。 通过丰富的数据集和精选的训练集，企业可以验证预测型人工智能和机器学习模型，以确定下一个突破口。

下载本案例研究，了解高质量的训练数据和机器学习技术如何为新化学提供支持。

向可持续化学转变：满足不断变化的监管要求

从配方到废弃物管理，化学品的整个生命周期都要遵守严格的准则，而各州和各国之间的法规往往并不统一。 除了广泛的监管环境之外，准则还要经常进行审查和更新，以适应不断变化的科学知识、技术进步或不断发展的社会预期。

鉴于其复杂和不断演变的性质，遵守可持续发展推动的监管要求对化工企业而言是一项重大的挑战。 为了应对不断变化和分散的框架，许多化工企业不顾财务负担，投资设立了专门的监管事务部门。 完善的内部流程可以显著降低成本和风险，同时确保遵守不断演变的环境政策。

合规事务通常涉及大量文案工作，包括全面的化学记录、详细的生产流程和最新的安全数据表。 收集这些需求需要浏览来自不同部门采用不同方法收集的大量数据集。 这一过程既费力又耗时，分散了企业的研发重点。

而使用标准化数据管理系统建立全面、准确的审计追踪系统则大有裨益。 通过一个易于搜索的数据库来采集和跟踪对化学文档所作的更改，企业可保持知识的结构化和可访问性，并随着监管标准和环境政策的演变而不断更新。

化学工业的数字化转型：绿色未来的基石

人们不断强化的可持续发展意识引导着化学行业重新审视其工艺流程，寻求环保的替代方案，以最大限度地减少对环境的影响，并节约资源。

通过优化数据管理系统、验证人工智能模型和多功能算法，数字化转型将是一个改变经营模式的过程，为化工企业在日常运营中采用创新和可持续性实践提供重要机会。

 

CAS 近期组织了一场题为“生物学与化学交叉领域新兴疗法”的研讨会。 此次活动在 ACS 多学科计划技术部 (MPPG) 的支持下于 ACS 2023 年秋季大会期间在旧金山莫斯科尼中心 (Moscone Center) 举行，为知识交流和深入讨论提供了非常宝贵的平台。

CAS 首席科学官 Gilles Georges 博士在研讨会开幕式上概述了 CAS 的使命，并展示了 CAS 的数据分析和杰出人才。 他强调了 CAS 作为知识共享中心拥有广泛覆盖的科学内容、关联标引和独特技术。 他介绍了CAS专业科学家通过在不同数据集之间建立新颖的联系来提取见解的过程。

探索免疫肿瘤学的发展前景：对新兴概念和治疗靶点的数据驱动分析

CAS 信息科学家 Sabina Scott 博士分享了基于 CAS 内容合集™ 中免疫肿瘤学出版物的趋势分析。 最近，免疫疗法方面的研究兴趣和出版物有所增加，如何才能从纷杂的噪音中识别出正确的信号？ 为了检测新兴概念，我们将自然语言处理 (NLP) 技术与人工智能相结合，对每篇文档进行评估，并在更广泛的检索答案集中验证类似内容。 其中许多新兴概念涉及免疫肿瘤生物标记物、靶蛋白类型、治疗药物类型和生物机制等领域。

接种 SARS-CoV-2 和 COVID-19 疫苗后的免疫反应和记忆：对未来疫苗的启示

拉霍亚免疫学研究所 (LaJolla Institute for Immunology) Shane Crotty 博士的演讲成为关注焦点，深入探讨了 COVID-19 免疫和疫苗开发的最新发现。 他分享了相关人员对急性和记忆性 T 细胞、抗体和记忆性 B 细胞如何对 SARS-CoV-2 感染和疫苗做出反应的研究发现。 他通过分析 8 个月内数百个 COVID-19 病例的多个循环免疫记忆区（包括记忆 B 细胞、抗体、CD4+ T 细胞和 CD8+ T 细胞），探讨得出的结果。 他们的另一项有价值的收获是四种 COVID-19 疫苗的体液和细胞免疫记忆的评估结果。 他的会议及时提供了对全球挑战的看法，介绍了生发中心的概念，并强调了此类中心在引入疫苗后产生免疫力方面的关键作用。 这一观点揭示了免疫反应的复杂机制，在全球关注疫情的背景下引发了听众的强烈共鸣。

抗体药物偶联物：靶向治疗的新兴药物类别

CAS 代表 Yacid Rodriguez 博士深入研究了通过抗体药物偶联物 (ADC) 将生物学和化学相结合的潜力。 抗体药物偶联物 (ADC) 是一类迅速崛起的生物药物，用于高度靶向性疾病治疗。 它们由一个单克隆抗体和一个带有稳定连接体的小分子药物组成。 ADC 主要用于癌症治疗，靶向特定抗原，在不损伤健康组织的情况下杀死癌细胞。

研究小组利用 CAS 内容合集中的数据，对 ADC 的研究进展情况进行了分析，并概述了其发展趋势和挑战。 研究人员根据时间、地域、连接体技术以及有效载荷的选择和装载方法等因素对科学出版物进行了识别和分析。 此外，还研究了 ADC 研发流程及其在疾病治疗中的临床应用。 了解该领域的现有知识有助于指导进一步完善和开发未来成功的 ADC 技术。

外泌体：自然界的脂质纳米颗粒，药物递送和诊断领域的新星

CAS 信息科学家 Andy Chen 博士就外泌体在治疗和诊断应用领域的影响发表了见解。 外泌体是一种由脂质双层膜包裹的纳米级细胞外囊泡，由大多数真核细胞分泌。 外泌体具有与生俱来的稳定性、低免疫原性、生物相容性和良好的生物膜穿透能力，这些独特特性使其成为高效药物递送的优质天然纳米载体。

Chen 博士分享了基于 CAS 内容合集数据的见解，并介绍了外泌体在治疗和诊断中应用的研究进展现状和趋势，涵盖时间、地域、成分、”货物“装载和研发流程等方面。 他希望其工作有助于了解外泌体医疗应用领域的现有知识，从而进一步解决在发挥其潜力方面仍存在的挑战。 如需了解有关外泌体新兴领域的更多信息，请浏览揭示未来机遇与挑战的《CAS 洞察报告》。

抗体寡核苷酸偶联物：开发用于治疗肌营养不良症的 AOC 1001

Avidity Biosciences 化学总监 Son Lam 博士分享了一种创新候选药物——针对 1 型强直性肌营养不良症 (DM1) 的抗体寡核苷酸偶联物 (AOC 1001)，展示了未来医疗干预的前景。 Lam 博士详细介绍了相关人员如何利用抗体靶向递送寡核苷酸药物，以确保特异性和稳定性。

美国有 40,000 多名 DM1 患者，但没有一种药物获准用于此类疾病。 AOC 1001 的设计目的是用 siRNA 分子靶向潜在的毒性肌强直素蛋白激酶 (DMPK) mRNA。 临床前研究表明，这种药物具有良好的安全性和耐受性，能靶向输送到肌肉，显著减少 DMPK mRNA，并对疾病机制产生影响。 目前，AOC 1001 正处于半期研发阶段。 Lam 博士还介绍了另外两种抗体寡核苷酸共轭药物 AOC 1044 和 AOC 1020，分别针对杜氏肌营养不良症 (DMD) 和面胛肱肌营养不良症 (FSHD)。

PEG 脂质纳米颗粒制剂：免疫学安全与有效性视角

Qiongqiong Angela Zhou 博士关于聚乙二醇脂质纳米颗粒的讨论揭示了其在药物递送方面的优势，同时强调了值得进一步关注的一大领域。 她强调了了解聚乙二醇 (PEG) 如何引发免疫反应及其对未来药物开发潜在影响的重要性。 根据 CAS 内容合集的数据分析，Angela 概述了 PEG 化 LNP 的免疫原性和总体安全性问题。 根据文献综述，她还总结了 PEG 脂质的各种结构参数如何影响免疫反应以及 LNP 在药物递送效率方面的活性。 Zhou 博士的报告向科学界传递出一个信息，即需要开展更多研究以了解 PEG 免疫。 如需了解有关聚乙二醇化脂质纳米颗粒及其免疫原性的更多问题，请浏览 CAS 执行摘要和 Bioconjugate Chemistry 上更详细的同行评审期刊文章。

展望未来

本次研讨会促进了有意义的讨论，使与会者能够与专家互动，掌握前沿进展。 会议强调了将生物学和化学相结合，从而为不断变化的医疗挑战创造创新解决方案的关键作用。

全球研发投资水平大幅增长，，仅在 2022 年，全球研发支出预计有望达到 2.476万亿美元。 强有力的知识产权战略对于保护创新的投资回报至关重要。 投资某个领域之前，了解相关专利活动并进行现有技术分析至关重要。 如果在您的创新专利申请日之前已经有相关技术公开，那么专利申请将被驳回。 因此，在研发进程的早期确定相关现有技术，对未来实现可专利性至关重要。

这样做有助于企业和机构制定相关战略，在开发和专利起草阶段即可确定创新方向，并避免浪费研发经费。

新发明产品上市前，企业在研发方面投入巨大，不全面的检索会导致代价高昂的知识产权战略错误。 不全面的现有技术分析会导致专利申请被驳回、专利侵权或现有专利被无效。 鉴于此，了解如何进行有效且全面的现有技术分析至关重要。

在哪里可以找到现有技术参考文献？

通常是从现有专利和专利申请开始现有技术检索。 如果被驳回的、未决的和被放弃的专利申请全部或部分披露了您的创新，则这些专利申请也可以被认为是现有技术。 除了专利文献，还可以在非专利文献中找到现有技术，如同行评审的出版物、论文、会议报告和其他类似的披露。

对书籍、插图、物体、模拟录制音像及照片等资料的数字化增加了现有技术可搜索资料的数量。 与此同时，科学出版物的数量呈指数级增长，也带来了现有技术全面分析所需信息量的增加。 此外，现代科技创新往往发生在许多学科的交叉领域。 出于这些原因，全面的现有技术分析耗时且复杂。

CAS STNext^® 可为检索人员提供最新、最完整的全球公开专利和非专利、科学和技术内容的集成访问，从而实现全面的现有技术分析。

CAS集成 了100多个不同的数据库，包括来自 CAS内容合集^TM的权威化学内容，CAS内容合集涵盖全面的专利和非专利文献及CAS科学家的信息标引。 该合集是可检索全球专利马库什披露的为数不多的来源之一，包含从1988年至今专利中覆盖的超过120万个可检索马库什结构，并且每天更新。

知识产权专业人员可以通过CAS STNext访问这些丰富而权威的数据集。 CAS STNext提供高级界面和强大的精确检索功能。将CAS STNext添加到您的工具包中，助力全面评估现有技术的风险和共性，并指导更明智、数据驱动的决策。

探索CAS STNext的功能。

如何正确选择现有技术分析搜索源

知识产权检索专员在规划现有技术的检索策略时，有多种资源供选择，而正确地选择资源至关重要。 如果想对专利领域有一个全面的了解，搜索引擎和专利局官网界面是有帮助的起点。 但是，这些来源的功能和覆盖面可能会非常广泛。 许多开源检索工具需要更多定制化的算法来导航复杂的科学信息，如化学分子式和生物工艺。 使用开源搜索引擎检索的另一个主要障碍是，在许多情况下，它们无法从基于图像的PDF等格式文档中提取信息。 此外，许多开源搜索引擎不具备获取相关文档所需的信息广度， 这导致了现有技术检索不全面。

为了弥补这些差距，知识产权分析专员需要利用多种来源的信息。 科技行业的创新者转向CAS STNext这样的值得信赖的检索平台，以支持对现有文献和科学信息进行有效而全面的审阅。 除了支持跨多个来源的检索，CAS STNext还利用尖端技术和专家人工标引来支持精确检索，找到用其他方式难以找到的文献（即使经验丰富的知识产权研究人员也难以找到）。 CAS STNext还提供了“索引查找（index look up）”功能和人工智能支持，使检索人员者能够快速找到他们感兴趣的技术的相关信息。

查看本网络研讨会，了解CAS STNext如何使用人工智能来强化现有技术分析。

如何确定现有技术检索范围

在制定现有技术检索策略时，考虑相关来源的时效性和覆盖范围至关重要。 检索人员必须考虑检索的法律要求，并了解各个来源中包含（或不包含）哪些信息的细节。

了解信息来源的公开日期、内容更新时间表、国家/地区覆盖范围等细节至关重要，以确保检索符合提出请求的利益相关方的法律要求。

定期检查检索范围，以确保其保持相关性和时效性。 如果产品策略发生变化（例如扩展到新的全球市场），需要了解原始检索的范围，以确定原有结论是否适用于新的需求，这一点非常重要。 这样有助于找到检索中任何潜在的漏洞，并确保得出结论的可靠性。

请查看本文章，其中介绍了在现有技术检索中扩大范围的重要性。

如何制定最佳现有技术检索策略

如果要制定最佳现有技术检索策略，明确定义发明的技术特征至关重要。 对技术特征的清晰理解，可以使检索人员能够确定相关的检索词（包括同义词）和搜索源，减少遗漏任何相关现有技术的概率。

确定适当的关键词时应注意拼写变化、外语中的关键词以及不同专利分类的历史术语等。

不同创新领域的查询重点不同。 例如，查询化学发明的化学结构，可以作为现有技术分析的有效策略。 相比之下，查询数值信息（如pH值范围或温度）则是一种查询工程领域现有技术的有效方法。 精确的查询将节省检索后的复查时间，并有助于找到用不严谨的方法查询可能遗漏的现有技术。

如何知道是否完成了全面的现有技术分析？

决定何时停止检索，也是一个重要且极具挑战的决定。 收敛原理可作为确定何时停止的最佳方法之一。 这可以通过不同方式的检索来实现，例如使用多个关键字、引文、竞争对手评论或化学信息进行检索，并核查多种查询是否返回相同的结果。 如果结果是收敛的，则可以认为检索是全面的。

应用这一原理对于最大化检索策略的价值至关重要。 不收敛的检索可能意味着遗漏了重要的关键词或检索项，导致现有技术分析遗漏了关键部分。 同时，过于深入的检索既费时又费钱，而且不会产生额外有意义的结果。

请参阅本文章了进行现有技术检索时需要考虑的要点

咨询具备行业和现有技术分析专业知识的专业人士，省时省钱

全面的现有技术检索通常执行得晚了且不完整，使公司和机构及其研发管线处于风险之中。 遗漏相关现有技术的代价非常高昂；2020 年，美国法院裁定的专利侵权赔偿金高达 46.7 亿美元。 在研发投入之前，必须确定现有技术，并在创新成功后继续识别新的现有技术。

即使拥有顶级的知识产权检索工具，想要确保现有技术分析无懈可击任然极具挑战。 与技术专家和知识产权检索专家合作，由其协助进行全面的现有技术检索，可以节省时间，同时确保不遗漏任何现有技术。

与CAS合作
CAS团队由化学和生命科学以及现有技术分析领域的知识渊博的专家组成。 CAS的数百名科学家每日致力于构建CAS内容合集，确保包括化学物质、生物序列和马库什结构在内的复杂的专利文档内容，可检索且易于访问。

这种独特的知识财富助力CAS管理全面的数据库，提供可靠的知识产权工具（如用于自助检索的CAS STNext），并在必要时提供可靠的检索支持的能力。

如需了解有关 CAS STNext 的更多信息，或安排 CAS IP 解决方案的演示，请联系我们。

 

专利是保护创新最重要的形式之一。 如果您正在申请或考虑申请专利，请记住以下几条事项。

由于技术复杂，全面检索现有技术存在障碍，并且这些行业也在不断变化，科学创新的可专利性面临独特的挑战。 本文探讨了科技产业中可专利性评估所面临的独特挑战，提供了有助于应对这些挑战的最佳做法，并重点介绍了CAS如何提供帮助。

科学创新较为复杂，层次较多，增大了专利检索的难度

技术越复杂，在进行可专利性评估时就有越多的问题需要考虑和质疑。 关键信息可能隐藏在专利和各种来源的典型非专利文献当中，必须挖掘这些信息才能全面了解现有技术。

让我们看看RNA领域的创新。

在进行专利性评估时，必须考虑纳米颗粒的递送、配体、偶联物和化学修饰的类型。 这不是简单的BLAST或motif检索来查找相关序列， 而是要识别随时间推移而发展的技术，并了解与之存在利益关系的对象。

很多公司通过CAS解决方案，帮助他们识别已公开披露的技术，最大限度地降低风险，提早创新，并避免未进行早期和全面尽职调查而带来的风险。

关注可能出现的知识产权纠纷

知识产权（IP）纠纷是指一家公司的知识产权或自由实施被另一方拥有的现有知识产权所限制。 这种纠纷可能是由多种原因引起的，包括技术融合、交叉许可协议、研究合作以及公司合并和收购。 知识产权纠纷会对发明的可专利性产生重大影响，尤其是在制药和功能材料等严格监管的行业。 识别和管理知识产权纠纷非常重要，因为这会影响公司的创新、商业化和创收能力。

我们来看看治疗类风湿性关节炎的特效药“恩利（Enbrel）”的例子。 这种药物最初由英姆纳克斯（Immunex）公司开发，后来该公司被安进收购。 但是，恩利的原始专利由英姆纳克斯和惠氏制药共同拥有，后者后来又被辉瑞收购。 这导致了一场围绕恩利专利权的复杂法律纠纷，安进和辉瑞都声称拥有该专利的所有权。 该案件最终在2017年达成和解，由安进获得了恩利专利的全部所有权。

生物仿制药的发展使知识产权纠纷变得更为复杂。 生物仿制药的生产需要使用细胞系和生产工艺，而这些都可能受到现有专利的保护。

企业如何适应生物技术行业专利不断变化的格局？

每天都有新的专利申请，而专利格局也在不断变化。 例如，我们的内部专家估计，在过去10年中，RNA创新领域已经公开了10,000多项专利。 由于需要整理的复杂文件和文献越来越多，这给创新者带来了挑战。 “我如何能跟上潮流？”成为许多业内人士要思考的问题。

要进行全面、最新的可专利性评估，第一步就是投资可靠的知识产权检索工具

您选择的搜索工具应定期更新新专利和非专利文献。 当前市场上有许多搜索工具，但提供的功能或结果质量都不相同。 有些开源工具缺乏可定制的检索算法（科技行业的必备工具），或者不能提供最新、最相关的信息。

CAS提供了一系列解决方案，帮助客户了解各行业可能存在的知识产权纠纷。 例如，CAS SciFinderⁿ和CAS STNext^Ⓡ等等CAS科学技术解决方案支持访问专利、科学文献和监管数据等海量信息，帮助客户识别潜在的知识产权纠纷，并应对复杂的竞争环境。

CAS知识产权服务^SM 提供定制的解决方案，帮助客户应对特定的知识产权挑战，例如自由实施评估、可专利性评估和专利组合分析。 这些服务充分利用了CAS在专利检索和分析方面的深厚专业知识以及广泛的全球专利专家网络。

查看 CAS STNext^® 提供的所有服务！

搜索策略的有效性取决于数据源

术语不一致和索引不完整是对化学和生物技术创新进行可靠专利评估所面临的威胁。 化学式、结构、生物序列和修饰可能会被遗漏导致评估出现差距。 没有一种单一的检索策略可以从不同的数据源高效、全面地检索这些信息。

为了识别所有相关的现有技术并进行全面的可专利性评估，需要建立在全面且结构合理的数据库基础上的策略和有效的工具。

CAS内容合集^TM在构建时就考虑到了这些挑战，确保化学物质、序列和马库什结构等专利文件和非专利文献的复杂内容都可以检索和访问。

CAS STNext是值得信赖的解决方案，可在单一界面中检索130多个优质全球数据库，CAS利用CAS STNext提供了独特的价值。

超越技术，考虑地理因素

在适当的地理范围内进行检索非常重要。 如果检索文献的地域范围太广，就会有太多的文件需要筛选。 但是，如果检索范围过窄，又可能会错过相关的文献和关联。

如何选择恰当的地理检索范围？ 根据您正在考虑的评估类型，适当的地理区域可能会有所不同。 例如：

• 可专利性评估：在可专利性评估期间，现有技术检索的目的是找到所有可能影响新颖性的相关现有技术。 如果发现任何此类信息，研发策略都会受到影响。 在美国，确定专利性时会考虑全球范围内的任何现有技术。
• 自由实施检索：当梳理有效专利中的权利要求时，检索策略可能会根据计划实施和销售创新成果的地点而有所不同。 我们的自由实施（FTO）检索策略会根据您希望在哪里经营和销售您的发明而有所不同。 根据您的商业化策略，您可以将检索范围缩小到仅限选定的主要专利局。 如果要在全球范围内推出产品，则目标检索范围需要更广泛。

总结

随着科技行业（如功能材料和制药）的知识产权格局不断发展和快速变化，拥有最新和高度全面的工具来检索知识产权至关重要。

STN IP Protection Suite^TM 包含用于保护科学知识产权、进行彻底全面的现有技术和自由实施检索所需的工具。 您将可以访问由众多科学家汇总、整理和翻译的专利以及非专利来源的重要内容。 借助监控工具和专业技术，可以降低风险并保护您的知识产权资产，从而领先于竞争对手并保护您的发明。 如需更多支持，我们的知识产权专家可随时提供帮助，拓展您的知识产权团队。

 

催化剂和催化的变革作用

从面包烘焙到造纸，数千年来人类一直在不知不觉中利用催化的力量。 事实上，我们日常生活中的几乎所有东西都是通过催化过程产生而来。 催化剂是指通过降低反应发生所需的活化能来促进化学反应的物质。 催化剂提高了反应速率，而不会在这个过程中被消耗或永久改变。 从燃料和杀虫剂到救命药物的开发，催化剂的独特特性使其在无数至关重要的现实世界应用中不可或缺。

例如，最著名的催化反应之一“哈伯博施法” (Haber-Bosch process)，用于在工业规模上生产肥料和农业用氨。 使用催化剂大大降低了成本，加快了氨的生产。 直到现在，哈伯博施法仍是氨的主要生产方法。

另一个例子是汽车的催化转换器，该设备使用铂、钯或铑将碳氢化合物、一氧化碳和氮氧化物等有毒化合物的排放减少了 90%。

催化在可持续化学中的作用

虽然可持续发展听起来像是最近的流行语，但自 1987 年联合国发布《我们共同的未来》(Our Common Future) 以来，可持续的环境实践已被坚定地提上议程。 这份开创性报告列出了当今人们普遍理解的可持续发展指导原则，将这一概念定义为“既能满足当代人的需求，又不损害后代人满足其需求的能力的发展”。这一定义概括了在所有制造产品中实施可持续性的重要性。

人们对可持续性日益重视，由此引发了一场向可持续化学或“绿色”化学的变革运动，彻底改变了产品和工艺的设计方式。 这一创新办法旨在提高化学生产中自然资源的利用效率。 实现这一目标的三个关键途径是：最大限度减少能源消耗、采用环境友好型化学品和有效管理材料生命周期。 通过这些方法，可持续化学正在为更环保、更节约资源的未来铺平道路。

催化剂在我们追求可持续实践方面发挥着关键作用，为实现目标提供了宝贵的工具。 它们促成了生物可降解塑料的诞生，减少了人们对有害材料的依赖。 此外，在燃料和化肥生产、优化效率以及最大限度减少浪费方面，催化剂也发挥着重要作用。 利用催化的力量，我们能够在各个领域取得非凡成就，同时将可持续发展作为指导原则。

随着催化剂需求的激增，人们对环保产品的呼声也越来越高，希望解决可持续能源生产、减少工业排放和应对气候变化等问题。 利用来自 CAS 内容合集™的数据，我们有望探索可持续催化剂研究的当前研究趋势，重点强调该领域的关键进展。

提高催化剂的可持续性

由于拥有高稳定性和耐温性等理想的催化特性，铂、钯和铱等贵金属得到了广泛的使用。 此外，此类贵金属还可用于促进一系列广泛的化学反应，包括 Sonogashira 偶联反应、Suzuki-Miyaura 偶联反应和 Heck 反应。

然而，贵金属的实用性受到其高昂成本和有限供应的阻碍。 这些贵金属主要提取自大量低品位矿石，即使是少量矿石也需要大量的开采工作。 这种提取过程不仅需要大量的能源投入，还会造成潜在环境危害。 因此，在催化应用中使用贵金属必须仔细权衡这种做法对环境的影响和可持续性。

贵金属的经济和环境成本所带来的限制，加上全球对催化剂的需求不断增长，促使研究人员探索替代方案，特别是钛、铁、钴和镍等非贵重过渡金属。 与贵金属相比，非贵重过渡金属兼具多个优点。 首先，这类金属储量更充足，可确保催化应用的可持续供应。 此外，非贵重过渡金属更具成本效益，使其成为经济上可行的选择。 再者，此类金属毒性较低，可减少生产和应用中的潜在危害。 重要的是，这些金属对环境无害，最大限度减少了对生态的不利影响。

尽管非贵金属是一种颇具前景的替代品，但它们并非没有自己所面临的挑战，承认这一点具有重要意义。 非贵金属通常比贵金属更具反应性；这种反应性可能会导致催化剂降解（降低其耐用性）和催化活性选择性降低（导致产生副产品、废物并降低工艺效率）。 此外，非贵金属的表征可能会非常复杂苛刻（表 1）。

尽管如此，非贵金属可持续催化剂的开发正逐渐得到认可。 来自 CAS 内容合集的洞察显示，2012 至 2022 年间，非贵金属催化剂/催化的出版物大幅增加（图 1）。

催化技术与进展

在过去数十年中，人们针对现实世界中的重要应用开发了一系列专用催化剂。 此类催化剂大致可分为四个子类别：电催化剂、光催化剂、均相催化剂和生物催化剂（或酶）。

CAS 内容合集的数据显示，在使用非贵金属催化剂的可持续化学领域，与电催化剂相关的出版物占主导地位（图 2 和图 3）。 电催化剂可作为电极或电极表面的催化材料参与电化学反应。 传统上，铂一直在电催化领域得到广泛应用。 然而，铂的有限供应和高昂成本促使研究人员探索替代品。 其中值得注意的一项示例是氮掺杂石墨烯负载钴原子的使用，这种方法已被证明是一种高效持久的催化剂，用于从水中产生氢。 这种方法向用于能源生产的低成本催化剂迈出了重要一步。

光催化是指半导体材料吸收光能并产生电子空穴对，从而推动还原和氧化反应的过程。 光催化对于解决能源和环境问题具有重要意义，如水裂解制氢和污染物分解等（图 4）。 然而，人们目前正在面临一项重大的研究挑战，即找到能够仅利用太阳能进行水裂解的非贵金属半导体材料。 这一领域正在探索多种策略，包括使用共催化剂或多组分纳米集成。

由于具备高活性、稳定性和多功能性，铂和钯等贵金属在均相催化中同样占据主导地位。 然而，在均相催化剂中寻找贵金属替代品是研究人员面临的一项复杂且持续的挑战。 这些催化剂促进的一大关键反应是 Sukuzi 偶联反应。 著名的是，作者在报告中声称证明了无钯 Suzuki 偶联反应，但后来经证明是由低水平的钯污染物催化而成。 然而，在这一领域，使用自由基反应引发剂（如碘、曙红和四丁基碘化铵等）非常具有前景（图 5）。

生物催化剂是以酶为基础的催化剂，同时也是绿色和可持续催化剂的杰出典范。 生物催化剂由现成的可再生原料制成，具有有机、可生物降解、无毒等特点，并能在温和的反应条件下发挥作用。 生物催化剂的一大关键潜在应用是通过脂肪酸与甲醇的酯交换反应，从植物油脂中可持续地生成生物燃料。 该反应可产生生物柴油（脂肪酸甲酯）和甘油副产品（图 6）。 此外，将生物催化剂与金属催化剂相结合也是一种新兴方法，可实现有价值分子生产的可持续性。

催化剂的变革

在联合国气候变化大会 (COP27) 和联合国生物多样性大会 (COP15) 之后，企业承诺采用更可持续做法的情况明显增多。 由于催化剂在化学工业中仍然不可或缺，人们探索新型催化概念的动力与日俱增，致力于提高必需品的生产效率和可持续性。 认识到这一需求，美国能源部已做出专门承诺，支持开展催化剂基础研究。

过去十年间，可持续催化剂研究取得了长足进步，表明人们对环保型解决方案的追求现已深入人心。 虽然这一市场的全部潜力仍有待发挥，但我们预计，非贵金属催化剂在有机物、无机物和生物基物质等不同领域将大有可为。

如需进一步了解可持续催化领域的未来，诚邀您阅读我们近期在《ChemRxV》上发表的文章。

 

数据丰富、信息贫乏：制药业的逆转诅咒

从临床前研究到销售，制药业产生并保留了海量的科学和商业信息。 然而，这些文件通常都保存在孤岛式来源中，每年都会产生大量存储费用，约占企业存储预算的 52%。

由于没有意识到这些暗数据也不清楚如何最大化利用其潜力，公司不可避免地陷入“数据丰富，信息贫乏” (“DRIP”) 的局面。 这一概念所描述的情况是，公司拥有大量数据，但没有适当的流程来产生有价值的信息并从中获得竞争优势。

得益于数字化的流行，公司可以采用先进的组织工具，帮助他们停止产生暗数据，并有效地将当下隐藏的信息转化为有据可考的见解。 然而，清洗、整理和利用海量数据的工作量巨大，可能会让人不知从何下手。 对于准备升级其知识管理系统的制药公司而言，他们可以聘请外部数据专家，为其提供量身定制、循序渐进的方法。

数字化和协调：暗数据结构化

制药公司可以检索和使用暗数据，以此指导研发投资、优化配方/制剂、找出生产瓶颈、以及评估质量控制系统。 然而，据《自然》杂志上名为“科学家快速丢失数据”的文章估计，约有 80% 的科学数据在 20 年或更短时间内会变得不可用，这使得适当的信息检索岌岌可危。

暗数据的存储形式有很多，包括存放在文件夹、抽屉和不安全虚拟平台等，而且这些形式往往互不关联。 随着时间的推移和团队的发展，公司的知识会很快变得分散且难以检索。 通过对传统文档进行数字化处理，并在统一的知识管理平台上收集所有信息，可以提高数据检索效率，减少分配给数据管理任务的资源，并改善组织内部的经验共享体验。

皮斯托亚联盟化学安全资料库 (Pistoia Alliance Chemical Safety Library) 的启用已经显示出了数字化处理数据的明显优势，该数据库促进了科学家之间的信息共享，提高了实验室的安全性。

专业知识有助于数据的数字化和协调
将休眠数据转化为可搜索、可利用的资产，需要利用专业知识来进行适当的文档数字化、可靠的质量检查以及安全的整合到公司的生态系统中。 优秀的外部合作伙伴应当了解并掌握其中的每一个环节，并根据需求协助创建一个定制的数据合集。

从放弃的药物开发项目到取得市场成功的项目，公司的经营史通常充满了值得借鉴的经验教训。 通过结构化和协调暗数据，数据化合作伙伴可以帮助将休眠信息转化为有实证支持的见解，从而带来无限的创新机会。

数据管理合作的优势：

• 将科学文章、报告、实验室日志、图像和视频等实体文档处理成适当的数字格式。

• 使用统一的术语、缩写和格式来协调数字内容。

• 通过有保证的数据质量、准确性和完整性，确保为知识管理平台打下坚实的基础。

• 定制检索工具，以改善数据的获取和检索体验。

• 采用定制的信息采集策略，确保长期的数据维护和管理。

分析和优化：在数据中寻找模式和机会

剥去暗数据的外壳并构建知识管理平台，可以极大地拓展一个公司的价值。 通过分析海量的数据集，公司可以发现之前未曾注意到的趋势。 重新挖掘以前的研发、制剂/配方数据或工业生产方法中的模式，可以大幅节省时间，改进善整个价值链中的流程，并为关键的商业决策提供支撑。

Mana.bio的数字化转型突出展示了制药公司是如何通过整合高质量的数据和技术，成功优化了其独特的内部平台、数据库和工作流程的。 通过这一举措，Mana.bio 更新了其专有数据库，推动了其药物递送人工智能引擎的发展，其预计分配给分子数据采集和准备的资源将减少70%。

随着知识管理平台在准确性和价值方面的提高，公司团队可以自信地洞察相关趋势，并致力于新的发现。 发现模式将变得更容易、更快、更有回报。

外部合作伙伴如何帮助制药公司改善数据分析和洞察生成
外部合作伙伴应是设计全面、多功能数据平台的专家，可为公司提供数据格局的完整视野。 通过与数据专家合作，制药企业可以：

• 利用强大的框架和数据完整性为分析和见解建立数据基础。

• 识别知识差距以及填补此类差距的项目机遇。

• 获得数据可视化和分析方面的支持，以发现规律和趋势。

• 利用更多内容来扩展并补充其内部数据。

连通和创新：把正确的信息传递给需要的人

制药公司聚集了许多睿智的、知识渊博的专家，他们都致力于革新医疗健康体系。 然而，公司专家们之间的沟通往往是脱节的，这严重影响了公司的发展与创新。 有报告显示，在数字化时代，企业可通过使用数据管理等社交技术将员工的工作效率提高 20% 至 25%。

从研发、运营、质量管理到IT、市场和财务，各部门必须携手合作，为患者提供最好的药品。 公司范围的知识管理系统有助于为团队提供一个安全的工作空间，以便高效地共享数据、经验教训和最佳实践。

云平台将实时协作提升到了一个新的水平，有助于研究人员、工程师和技术专家快速搜索和获取信息，为团队提供所需的数据获取和协作环境，以便更快地作出关键业务决策。

外部数据合作伙伴如何帮助制药公司建立联系并开展创新
通过与高级知识管理系统专家合作，制药企业领导者可以：

• 创建共享式的云端知识管理平台，可在全公司范围内适用于所有团队。

• 通过实施用户访问控制和限制第三方软件的使用，确保数据安全并最大限度减少漏洞。

• 通过安全渠道促进机密或敏感信息的安全交流。

• 促进跨学科的头脑风暴和协作，成倍增长前瞻性构想并加速创新。

知识管理和暗数据：制药创新者必备要素

长期以来，知识管理系统被认为是制药行业的“必备品”，但如今，强大安全的知识管理系统已成为创新和协作工作的重要温床。 通过在全公司范围内实施结构化的统一界面，以前无法使用的暗数据可迅速转变为宝贵见解，助力制药企业寻求增长机遇。

随着数字化的不断深入，在制药行业利用暗数据和认知工具成为了保持药物开发领域创新领先地位的必要条件。

如需了解有关数字化转型和数据管理的更多信息，请查看我们与 CAS 定制服务合作的案例研究。

太空探索是化学学科最引人注目的应用之一。 从20世纪50年代末的首次无人航天任务到航天飞机计划，再到现在的阿尔忒弥斯计划，火箭燃料和发动机技术的创新不断推进着太空探索的范围、能力和可持续性，实时展示了化学如何为这一领域提供动力。

优化火箭燃料是任务成功的关键

火箭通过多种燃料与氧化剂组合产生巨大能量来克服地球引力。 氧化剂和燃料在室温下单独放置是稳定的，但混合在一起并被热源触发时就会产生爆炸反应，从而为火箭提供推力。

工程师可以通过调整燃料与氧化剂的比例来多方面控制火箭性能。 每种组合都具有独特的特性、优点和缺点，对推力效率、毒性、成本和安全性等要考虑的性能指标都会产生影响。 因此，为航天任务选择最佳推进剂组件至关重要，而这又取决于与航天任务相关的诸多变量。

例如，对于大多数远程火箭而言采用气体推进剂不切实际。这是因为所用气体推进剂将占据极大的体积，而将这些物质压缩冷却为相应的液态就可为大型火箭提供最佳的体积功率比。 然而，某些推进剂的沸点极低，需要在低于-150°C (-238°F) 的温度下低温冷却后才能液化。 这可能是此类火箭推进燃料的一大缺点，因此，在特定航天任务中，使用这些燃料的效益超过其成本和挑战，才能证明选择这些燃料是合理的。

推力和比冲是推进剂两个易被混淆的重要性能特征。 推力衡量推进剂的反作用力潜力，或者火箭能够升空的重量。 比冲 (Isp) 系指推进剂将其质量转化为推力的效率，取决于一定数量的推进剂可以推动负载的时间。 使用高比冲推进剂的发动机往往推力较小，但推进剂的质量利用效率会更高。 简言之，此类发动机的燃油里程更大。

表1比较了常用火箭燃料组件的主要特性 美国国家航空航天局 (NASA) 阿尔忒弥斯太空发射系统 (SLS) 火箭使用的RS-25发动机采用的是LOX/LH₂ (液态氧/液态氢) 推进剂组件。 然而，一些商业组织正在开发的火箭 (包括SpaceX的猛禽发动机和蓝色起源公司的BE-4) 都使用液态甲烷/LOX组件提供动力。

在现代火箭推进剂中，LOX/LH₂的比冲值最高。 尽管这两种分子都需要低温冷却，但由于LOX/LH₂ 的效率和可靠性，该组件过去50年来普遍用作火箭推进剂。 此外，其他推进剂燃烧后会释放大量的污染性化学物质和温室气体，而LOX/LH₂ 燃烧产生的主要副产物是水，因此LOX/LH2是一种更可持续的燃料。  

推进剂包：LOX 和各种燃料的特性。" data-entity-type="file" data-entity-uuid="428f0733-8e9d-437e-93c9-c99bdd862b30" src="/sites/default/files/inline-images/Table1_FINAL_rocket%20fuel.JPG" />

注：*RP-1（火箭推进剂-1）是一种高度精制的煤油，广泛用于液体火箭发动机（如土星 5 号火箭发动机）。

LOX/LH₂火箭的自由基反应化学

氢和氧都是稳定的元素，在室温下混合不会自发反应。 要使反应发生，需要打破H-H和O=O共价键。 当提供的能量足够突破H-H和O=O键能时会发生链式反应，直到生成水。 在 H₂ 与 O2 燃烧的过程中，这种针对水的稳定结构反应会释放出大量的能量。

. H2 在 O2 中燃烧所涉及的主要自由基反应。" data-entity-type="file" data-entity-uuid="81adfa68-6a83-458f-9726-e303361dd3cb" src="/sites/default/files/inline-images/Figure1_rocket_fuel_SS.JPG" />

虽然这个反应看似简单，但实际上H₂ 的燃烧过程十分复杂，涉及多个与H、O自由基的中间反应， 生成水的主要反应 (见图1)。 当一个自由基产生两个或更多自由基时会发生支链反应 (图1，反应3和4)。 由于这些反应产生的活性自由基比消耗的更多，因此反应速度会加快，导致该反应具有爆炸性。

这些自由基反应并不总是按照图1所示的顺序进行，并且还可能通过其他链式反应生成未提及的其他自由基。 推进剂混合物、压力和温度也会影响 H₂ 的燃烧动力学机理。

优化阿尔忒弥斯动力发动机设计

除了燃料优化外，火箭发动机的设计对于最大限度发挥现代火箭的威力同样至关重要。 当今的火箭发动机设计利用了德国在第二次世界大战V-2火箭计划期间开发的基础创新技术。 新材料和其他技术创新的出现使得工程师们可以优化发动机设计，从而提高现代太空任务所需的动力、耐用性、可靠性以及效率。

RS-25发动机由Aerojet Rocketdyne公司在20世纪70年代设计，最初是为美国国家航空航天局航天飞机任务开发和使用。 经过五代创新，为阿尔忒弥斯SLS火箭提供动力的RS-25s是精密的低温发动机，它结合了数十年的技术进步和设计优化，是有史以来最高效、最强大的火箭发动机之一。

为了持续产生强大的推力，火箭发动机需要通过涡轮泵注入大量高速液体推进剂。 第一版涡轮泵 (图2) 由V-2工程师在20世纪40年代开发，在设计和性能上实现了革命性突破。 它配备了一台转速为4,000转/分的蒸汽涡轮机来驱动燃料和氧化剂离心泵。 60多年后的今天，现代涡轮泵仍然是保证现代火箭发动机性能最关键、最复杂的组件之一。

美国载人火箭推进技术的发展历程

Enginehistory.org 提供的 V-2 涡轮泵截面图。" data-entity-type="file" data-entity-uuid="eae9ddc9-afb9-4e24-86fc-f4360b919415" src="/sites/default/files/inline-images/Figure2_rocket_SS_0.JPG" />

 

阿尔忒弥斯号火箭中的 RS-25 发动机使用的是 LOX/LH₂ 低温推进剂包，因为其比冲较高。 然而，由于 LH₂ 和 LOX 的密度和流量之间存在显著差异，因此 RS-25 无法使用单一涡轮泵运行。 氢气的密度极低 (71 g/L)，这意味着需要 2.7 倍的 LH₂ 才能与 LOX 的数量成比例匹配，从而实现高效燃烧。 为了适应这些不同的低温液体及其物理特性，RS-25使用了两台独立的涡轮泵。

这些现代高压涡轮泵是工程学的杰作， 其涡轮机包含数十个仅二十五美分硬币大小的叶片。 每个叶片的转速在28,000~35,000转/分之间，提供的动力比科尔维特 (Corvette) 发动机还要大，可使涡轮泵产生数万马力的动力。

对太空探索的渴望推动各行各业的创新

火箭燃料和发动机技术是太空计划推动创新的示范领域。 不过，目前关于人类重返月球并最终登陆火星的重点研究也加速了医药、材料科学、通信、电子甚至农业等各行各业的创新，起到了催化剂的作用。 许多创新不仅使太空任务成为可能，还推动了产品改进，惠及普罗大众。

有兴趣了解正在为阿尔忒弥斯号任务开发的其他新技术？ 了解有关食品科学创新的更多信息，这些创新将滋养宇航员前往月球和更遥远的地方。