UCL School of Pharmacy: Sistemi a flusso continuo con azionamento pneumatico modulare modulato 3D per sintesi chimica

I ricercatori della UCL School of Pharmacy stanno approfondendo l’uso della stampa 3D e dei sistemi a flusso continuo con un recente articolo pubblicato, ” Sistemi a flusso continuo con azionamento pneumatico modulare modulato 3D per sintesi chimica “. Gli autori Matthew R. Penny, Zenobia X. Rao, Bruno Felicio Peniche e Stephen T. Hilton spiegano come la stampa 3D consente ai chimici di ottimizzare i processi necessari in chimica, specialmente con le unità modulari.

Gli autori sottolineano che sia la stampa 3D che la chimica a flusso continuo sono state su percorsi paralleli come tecnologie emergenti, che si intersecano quando gli scienziati realizzano i benefici di essere in grado di creare parti secondo necessità, o di sostituirle se necessario in laboratorio. Affermano inoltre che la stampante 3D media utilizzata in un laboratorio di chimica è accessibile a circa $ 3000 e consente loro di sperimentare numerosi materiali e fabbricare ciò di cui hanno bisogno.

In precedenza, questo gruppo di ricercatori è stato coinvolto in reattori di stampa 3D con polipropilene che possono essere facilmente collegati a sistemi esistenti. Una delle sfide, tuttavia, è stata il costo proibitivo dei sistemi di reattori di flusso, a $ 20.000 o più, che ha reso difficile per molti chimici raggiungerli. Tale tecnologia può tuttavia essere inestimabile e i chimici hanno iniziato a studiare un modo per stampare in 3D interi sistemi di flusso continuo.

“Inoltre, volevamo un sistema con un ingombro ridotto che potesse essere integrato con le attrezzature di laboratorio esistenti e rimosso e conservato quando non necessario, fermando il tipico blocco delle cappe chimiche incontrato con la maggior parte dei sistemi di flusso continuo”, ha affermato il team di ricerca.

Hanno usato la base Multi-E DrySyn per regolare il percorso del flusso del reattore e sono stati in grado di stampare i reattori circolari a disco (CDR) 3D da inserire nella base, aggiungendo più reattori se necessario. Tinkercad è stato utilizzato come software di modellazione per i reattori, con adattatori filettati creati anche per raccordi PEEK. È stata quindi utilizzata una stampante Ultimaker 3D , con filamento in PP, funzionante al 100% di riempimento con un volume interno di 4,2 ml. In linea con la necessità di convenienza, hanno evitato l’uso di pompe costose e hanno invece utilizzato l’aria compressa per i loro sistemi; in condizioni asciutte, l’aria potrebbe essere facilmente sostituita con gas azoto.

“Il sistema era composto da un’unità di base che ospitava il collettore dell’aria compressa, un’unità di controllo del flusso contenente una valvola a spillo per il controllo fine della pressione per il flusso del reattore e un’unità di iniezione in cui i reagenti potevano essere facilmente aggiunti nel percorso del flusso tramite bassa pressione Iniettori di loop a 6 posizioni “, ha affermato il team di ricerca. “Tutti i blocchi sono stati progettati per avere le stesse dimensioni per adattarsi al di sopra della piastra riscaldante dell’agitatore e il supporto del solvente più grande è stato collocato direttamente sopra questi e i blocchi tenuti giù dalle barre di piastra metallica.”

I ricercatori hanno notato che con la configurazione iniziale, non erano in grado di ottenere il controllo esatto desiderato sul sistema. Traendo ispirazione dai resistori capillari utilizzati oggi nella microfluidica, hanno ottenuto un maggiore controllo alterando la pressione secondo la legge di Hagen-Poiseuille e utilizzando cinque capillari che coprivano un intervallo di portata di 0,1-8 ml / min.

“Piacevolmente, quando questi resistori capillari sono stati testati con il nostro sistema, abbiamo osservato un controllo eccellente della portata che corrispondeva ai controlli previsti”, hanno affermato i ricercatori.

Dopo aver stabilito il controllo dei reattori, il team ha iniziato a cercare un modo per mettere in mostra le funzionalità e l’utilità del sistema attraverso le reazioni, ottimizzate con il sistema reattore FlowSyn stampato in 3D, impreziosito da tubi capillari per una varietà di portate e temperature. Erano contenti delle reazioni e delle portate. Successivamente, i ricercatori hanno anche esaminato una serie di alcoli che hanno contribuito a formare anche una varietà di derivati ​​e composti.

“Questo approccio consentirà ai chimici sintetici di trasportare la chimica del flusso a basso costo e utilizzando l’attrezzatura esistente per laboratori e cappa chimica senza dover investire in costose e grandi apparecchiature a flusso continuo. Ulteriori studi su reattori e reazioni chimiche aggiuntive sono attualmente in corso nel nostro laboratorio e verranno segnalati a tempo debito “, concludono i ricercatori.

Fin dalla sua nascita, la stampa 3D è stata collegata al mondo della chimica. La tecnologia progressiva si inserisce naturalmente nella scienza, insieme all’intero regno STEM (scienza, tecnologia, ingegneria, matematica). Mentre anche la creazione di dispositivi indossabili e microfluidi dipende dall’associazione tra stampa 3D e chimica, altri progressi vengono fatti anche in flusso continuo, in quanto parti possono essere create per soddisfare qualsiasi necessità degli scienziati per un particolare progetto e con la stampa 3D l’innovazione consente parti, componenti, processi e meccanismi che prima non erano possibili con metodi di produzione più convenzionali, dal più piccolo al più grande.

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