Met de hulp van wat ontwerpen, een paar gram plastic filament en een 3D-printer, onderzoekers van de Universiteit van Helsinki hebben een uniek apparaat gemaakt om chemische reacties te bestuderen, en verbeterden hun experimentele processen.

Het begon als een zijproject. Dr Gianmario Scotti van de Universiteit van Helsinki, Finland, had genoeg van het werken in de cleanroom op zo'n 15 km afstand van zijn lab. De microchips die bedoeld waren voor massaspectrometrie-analyse moesten in grotere batches worden voorbereid, omdat het geen zin had om tijd te besteden aan het inrichten en gebruiken van de cleanroom voor slechts één apparaat tegelijk. Dat betekende natuurlijk wachten tot de batch klaar was voordat deze door de onderzoeksgroep kon worden gebruikt, en het werk ging niet zo snel als men zou willen.

Gianmario Scotti en Markus Haapala, van de naburige onderzoeksgroep, had een idee. Misschien kunnen ze de cleanroomfase overslaan door een kleine, wegwerpcontainer die direct kan worden aangesloten op een massaspectrometer en kan worden gebruikt om reacties te bestuderen?

"Ik had gewerkt met het 3D-printen van roestvrij staal, dus 3D-printen was een voor de hand liggende keuze voor de fabricagemethode. Maar 3D-printen van staal is niet erg economisch, dus besloten we om bij kunststoffen te blijven, ' zegt Gianmario Scotti.

Het juiste materiaal vinden, echter, was geen gemakkelijke opgave. Het materiaal moest zo zijn dat de oplosmiddelen die in chemische reactiestudies worden gebruikt, er niets uit zouden oplossen. Het moest ook duurzaam en gemakkelijk bedrukbaar zijn.

ABS-nr. Nylon - nee. PLA - absoluut niet. Polypropyleen leek een interessante optie, maar het was moeilijk te vinden.

Gianmario Scotti vond eindelijk iemand in Duitsland die polypropyleen op eBay verkocht, en kocht een paar rollen filament. En na slechts een handvol ontwikkelingsfasen creëerden de onderzoekers een microreactor die kan worden gebruikt voor massaspectrometrie-analyse.

Na het printen, de belangrijkste taak was de feitelijke analyse van reacties door een massaspectrometer. Daar waren het werk van Sofia Nilsson en haar ontelbare uren bij de ionenval van onschatbare waarde.

"Door een microreactor aan te sluiten op een massaspectrometer, reacties kunnen realtime worden gevolgd met een hoge gevoeligheid en selectiviteit. Dankzij dit, het is mogelijk om tussenproducten en zelfs overgangstoestanden van reacties te detecteren, de bepaling van een reactiemechanisme mogelijk te maken, waar mijn onderzoek zich op richt, ', zegt Nilsson.

De term "microreactor" klinkt ingewikkeld, maar eigenlijk is het gewoon een kleine container met een roerstaafje voor het mengen van chemische monsters en een zeer dunne naald voor het spuiten en ioniseren van het monster voor analyse met een massaspectrometer. Om de roerstaaf en de nano-elektrospray-naald in de microreactor te plaatsen, moet het printproces worden onderbroken, en daarna hervat.

De magnetische roerstaaf wordt gedraaid door een gewone computerventilator onder de microreactor te plaatsen. De microreactor zelf zit in een plastic mal waarop de monsterspuiten zijn aangesloten. De mal zelf is – uiteraard – 3D geprint.

Een van de belangrijkste nieuwigheden van dit werk is dat de roerstaaf en de ionisatietip werden ingebracht tijdens het 3D-printen - de printer zou halverwege het werk worden gestopt, de roerstaaf en ionisatietip geplaatst, en het afdrukken werd hervat. Op deze manier, deze elementen zijn naadloos geïntegreerd in één geheel.

3D-printers zijn niet moeilijk te vinden, en het printen van één microreactor per keer duurt ongeveer een uur. De uitdaging was om een ​​geschikt platform te vinden waarop de microreactor geprint kon worden. Het bedrukte plastic moet aan het platform blijven plakken, maar niet te sterk. Na enige beproeving, fout en intens schrapen, vonden de onderzoekers dat polypropyleen zelf het beste platformmateriaal is, maar de temperatuur van het bedrukte plastic moet zorgvuldig worden geregeld.