Ny drejeskivelignende katalytisk reaktor lover mere bæredygtig kemisk fremstilling

En ny katalytisk reaktor, der hurtigere kan skabe kemiske forbindelser, billigt og på en mere bæredygtig måde har vundet midler fra Innovate UK.

The Spinning Disc Mesh Reactor (SMDR), udviklet af University of Baths kemiingeniører Dr. Emma Emanuelsson-Patterson og Dr. Parimala Shivaprasad, skaber kemikalier og API'er - Active Pharmaceutical Ingredients, bruges til at fremstille alle mulige former for medicin - ved at reagere kemikalier med enzymer på en spindende kludbeklædt plade, som en vinylplade.

Parrets firma, SMDR Ltd, har vundet finansiering fra Innovate UK til at kommercialisere reaktoren og markedsføre den til medicinalvirksomheder efter dens 12-årige udvikling.

SMDR'en skaber kemikalier ved at efterligne en pladespillers handling:et enzym påført en uldskive spindes på en pladespiller, hvor det reagerer med et kemisk substrat, skabe den ønskede forbindelse eller API.

Emanuelsson -forskergruppen har vist, at brug af en kludskive beskytter enzymerne mod denaturering eller klipning, hvilket gør dem ubrugelige, og tillader optimal kontakt mellem enzymkatalysatoren og substratet, som sikrer hurtige reaktioner. Det betyder, at katalysatorstofskiven kan bruges meget længere, gør processen billigere og mere bæredygtig end traditionelle reaktorer.

Dr. Emanuelsson-Patterson siger:"Det grundlæggende princip i SMDR er at bruge de centrifugalkræfter, der genereres ved rotation, til at skabe en meget konsistent og gentagelig reaktion. Kemiske ingeniører stræber efter at forbedre denne form for 'masseoverførsel', da den producerer hurtigere reaktioner, og i vores tilfælde flere kemikalier eller API'er."

Dr. Shivaprasad tilføjer:"En af de største fordele ved SMDR fungerer i bund og grund lidt som en jukeboks, der kan skifte mellem plader. Ved at bruge katalysatorvævsmaskerne, som nemt og hurtigt kan byttes, betyder, at vi kan anvende en række forskellige reagenser eller katalysatorer hurtigt, skabe en bred vifte af kemikalier eller API'er."

Forklarer behovet for bedre effektivitet, Dr. Emanuelsson-Patterson sagde:"Reagenser og enzymer er dyre og også meget følsomme over for, hvordan de håndteres, især med hensyn til forskydnings- (eller rive-) kræfter. Ved at bruge maskeskiven og udnytte centrifugalkræfterne har vi reduceret disse risici markant, giver mere potentiale til sikkert at genbruge dem. Dette har fordele i effektivitet, omkostninger og bæredygtighed."

Skivedesignet skaber også potentiale for at forbedre effektiviteten af ​​kemisk produktion - katalysatorer kan hurtigt skiftes ind og ud, skabe fleksibilitet og mulighed for batchproduktion. En spændende udfordring, holdet vil undersøge, er, hvordan SMDR kan køre flere forskellige reaktioner, ved at bruge flere katalysatorer på samme tid.

Dr. Shivaprasad var en del af det tre måneder lange ICURe-program for at udføre markedsanalysen for SMDR. Hovedformålet var at identificere de nuværende udfordringer inden for kemisk fremstilling, og om SMDR havde potentialet til at afhjælpe disse udfordringer for at forbedre forarbejdningseffektiviteten i kemiske industrier.

"Vi fandt ud af, at der var et markedsbehov blandt farmaceutiske formidlere - de virksomheder, der leverer API'er, de ingredienser, der indgår i stoffer eller produkter – for hurtigere, mere bæredygtige produktionsmuligheder, " hun siger.

De næste trin for Dr. Emanuelsson-Patterson og Dr. Shivaprasad omfatter optimering af multi-disc 'scale-up' reaktor, MD-SMDR, på pilotskala og lave en omkostningsanalyse. De håber, at dens omkostningseffektivitet og fleksibilitet vil give en vej til lokal produktion af API'er og kemikalier, reducere afhængigheden af ​​komplekse forsyningskæder, som har vist sig at være et problem i nogle lande under coronavirus-pandemien.

MD-SMDR, er designet baseret på et modulært koncept med en enkelt aksel med talrige skiver, som hver vil kunne stables. Dette vil skabe fleksibilitet både i mængder og typer af producerede kemikalier.

Projektet har modtaget £68, 500 i finansiering fra Innovate UK Sustainable Funding Round 2, en del af britisk forskning og innovation.

Dr. Ian Campbell, midlertidig bestyrelsesformand for Innovate UK, sagde:"I disse svære tider, vi har set det bedste af britisk forretningsinnovation. Pandemien er ikke kun en sundhedsmæssig nødsituation, men en, der påvirker samfundet og økonomien.

"SMDR Ltd, sammen med ethvert initiativ, som Innovate UK har støttet gennem denne fond, er et vigtigt skridt fremad for at drive bæredygtig økonomisk udvikling. Hver enkelt hjælper også med at realisere ambitionerne hos hårdtarbejdende mennesker. "