3D-print til mere effektiv kemisk forskning

Ved hjælp af nogle design, et par gram plastfilament og en 3D-printer, forskere ved universitetet i Helsinki lavede en unik enhed til undersøgelse af kemiske reaktioner, og forbedrede deres eksperimentelle processer.

Det startede som et sideprojekt. Dr Gianmario Scotti fra Helsinki Universitet, Finland, var træt af at arbejde i renrummet cirka 15 km væk fra sit laboratorium. Mikrochipsene beregnet til massespektrometri analyse skulle udarbejdes i større partier, da det ikke var nogen mening at bruge tid på at passe på og bruge renrummet til kun en enkelt enhed ad gangen. Det betød naturligvis at vente på, at partiet var klar, før det kunne bruges af forskergruppen, og arbejdet forløb ikke så hurtigt, som man ville ønske.

Gianmario Scotti og Markus Haapala, fra naboforskningsgruppen, havde en idé. Måske kunne de springe renrumsfasen over ved at udtænke en lille, engangsbeholder, der kunne forbindes direkte til et massespektrometer og bruges til at undersøge reaktioner?

"Jeg havde arbejdet med 3D-udskrivning af rustfrit stål, så 3D-udskrivning var et oplagt valg til fremstillingsmetoden. Men 3D-udskrivning af stål er ikke særlig økonomisk, så vi besluttede at blive hos plast, "Siger Gianmario Scotti.

At finde det rigtige materiale, imidlertid, var ikke en let opgave. Materialet skulle være sådan, at opløsningsmidlerne, der blev brugt i kemiske reaktionsundersøgelser, ikke ville opløse noget fra det. Det skulle også være holdbart og let at udskrive.

ABS - nej. Nylon - nej. PLA - bestemt ikke. Polypropylen virkede som en interessant mulighed, men det var svært at komme forbi.

Gianmario Scotti fandt endelig en i Tyskland, der solgte polypropylen på eBay, og købte et par ruller filament. Og efter bare en håndfuld udviklingsfaser skabte forskerne en mikroreaktor, der kan bruges til massespektrometri analyse.

Efter udskrivningen, hovedopgaven var selve analysen af ​​reaktioner med et massespektrometer. Det var her, Sofia Nilssons arbejde og hendes utallige timer ved ionfælden var uvurderlige.

"Ved at tilslutte en mikroreaktor til et massespektrometer, reaktioner kan følges i realtid med høj følsomhed og selektivitet. Takket være dette, det er muligt at opdage mellemprodukter og endda overgangstilstande af reaktioner, gør det muligt at fastsætte en reaktionsmekanisme, det er det, min forskning fokuserer på, «siger Nilsson.

Udtrykket "mikroreaktor" lyder kompliceret, men dybest set er det bare en lille beholder med en rørestang til blanding af kemiske prøver og en meget tynd nål til sprøjtning og ionisering af prøven til analyse med et massespektrometer. For at placere rørestangen og nanoelektrosprøjtenålen i mikroreaktoren skal udskrivningsprocessen afbrydes, og derefter genoptaget.

Den magnetiske omrørerstang drejes ved at placere en almindelig computerblæser under mikroreaktoren. Selve mikroreaktoren sidder i en plastjig, som prøvesprøjterne er forbundet til. Selve jiggen er-selvfølgelig-3D-trykt.

En af de vigtigste nyheder i dette værk er, at rørestangen og ioniseringsspidsen blev indsat under 3D-udskrivning-printeren ville blive stoppet midt i arbejdet, rørestangen og ioniseringsspidsen indsat, og trykningen blev genoptaget. Denne måde, disse elementer er problemfrit integreret i en enhed.

3D-printere er ikke svære at finde, og udskrivning af en mikroreaktor ad gangen tager cirka en time. Udfordringen var at finde en passende platform, hvorpå mikroreaktoren kunne udskrives. Den trykte plast skal klæbe til platformen, men ikke for stærkt. Efter noget forsøg, fejl og intens skrabning, forskerne fandt ud af, at polypropylen i sig selv er det bedste platformsmateriale, men temperaturen på den trykte plast skal reguleres omhyggeligt.