Forscher entwickeln 3D-gedruckte Mikroreaktoren

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Ein Team von Forschern der Universität Helsinki in Finnland hat eine 3D-gedruckte Mikroreaktor-Vorrichtung geschaffen, die es ermöglicht, chemische Reaktionen effizienter zu studieren und somit den Forschungsprozess verbessert.

Viele wissenschaftliche Experimente können nur in einem speziellen Reinraum durchgeführt werden. Dr. Gianmario Scotti, ein Forscher an der Universität von Helsinki versuchte einen Weg zu finden, um den 15 km Weg von seinem Forschungslabor zu einem Reinraum zu vermeiden. Aus diesem Grund, benutzte er, in Partnerschaft mit einem Mitforschenden, Markus Haapala, 3D-Druck um kompakte Einwegbehältern zu schaffen, die es ermöglichen die Reinraumphase komplett zu umgehen.

Scottis Forschung verwendet Mikrochips, die durch Massenspektrometrie verarbeitet werden müssen, eine analytische Technik, die Chemikalien ionisiert und die Ionen auf der Basis ihrer Masse-zu-Ladungs-Verhältnisse sortiert. Das Forscher-Team musste in den Reinraum reisen, um Chargen von Mikrochips mit Massenspektrometrie zu testen. Diese Methode beanspruchte jedoch sehr viel Zeit, da das Forscherteam warten musste, bis viele Mikrochip-Chargen hergestellt wurden, bevor sie getestet werden konnten.

Eine schnellere Lösung wurde gefunden: Durch die Entwicklung von 3D-gedruckten Einweg-Mikroreaktoren, konnten die Wissenschaftler den Reinraum umgehen und einfach den 3D-Druckbehälter mit einem Massenspektrometer verbinden, um die chemischen Reaktionen der Mikrochips zu untersuchen.

Die Forscher entschieden sich für Polypropylen als Material für ihre Mikroreaktoren, ein starker und langlebiger Kunststoff, welcher chemische Reaktionen nicht beeinflusst. Danach begannen Haapala und Scotti mit dem Entwurf von verschiedenen Mikroreaktor-Designs. Nach einigen Prototypen schafften es die Wissenschaftler tatsächlich, einen 3D-druckbaren Mikroreaktor zu entwickeln, der für die Massenspektrometrieanalyse eingesetzt werden konnte.

Forscherin Sofia Nilsson sagte: „Durch das Anschließen eines Mikroreaktors an ein Massenspektrometer können Reaktionen in Echtzeit mit hoher Empfindlichkeit und Selektivität verfolgt werden. Dank dieser ist es möglich, Zwischenprodukte und sogar Übergangszustände von Reaktionen zu erkennen, wodurch die Festlegung eines Reaktionsmechanismus möglich ist, worauf sich meine Forschung konzentriert.“

Der 3D-gedruckte Mikroreaktor besteht aus einem kleinen Plastikbehälter mit einem Rührstab zum Mischen von chemischen Proben und einer dünnen Nadel zum Sprühen und Ionisieren der chemischen Probe für die MS-Analyse.

Letztlich hat das 3D-gedruckte Gerät den Universitäten von Helsinki-Forschern ermöglicht, ihre Mikrochips mit Massenspektrometrie effizienter zu testen. Das Projekt wurde vor kurzem in der Zeitschrift „Reaction Chemistry & Engineering“ unter dem Titel „A miniaturised 3D printed polypropylene reactor for online reaction analysis by mass spectrometry “ veröffentlicht.