Een nieuwe katalytische reactor die sneller chemische verbindingen kan maken, goedkoop en op een duurzamere manier heeft financiering gewonnen van Innovate UK.

De Spinning Disc Mesh Reactor (SMDR), ontwikkeld door de chemische ingenieurs van de Universiteit van Bath, Dr. Emma Emanuelsson-Patterson en Dr. Parimala Shivaprasad, maakt chemicaliën en API's - actieve farmaceutische ingrediënten, gebruikt om allerlei soorten medicijnen te maken - door chemicaliën te laten reageren met enzymen op een ronddraaiende met doek bedekte plaat, als een vinylplaat.

Het gezelschap van het paar, SMDR Ltd, heeft financiering gewonnen van Innovate UK om de reactor te commercialiseren en op de markt te brengen aan farmaceutische bedrijven na de 12-jarige ontwikkeling ervan.

De SMDR creëert chemicaliën door de werking van een platenspeler na te bootsen:een enzym dat op een wollen stoffen schijf is aangebracht, wordt op een draaitafel gesponnen, waar het reageert met een chemisch substraat, het creëren van de gewenste verbinding of API.

De onderzoeksgroep van Emanuelsson heeft aangetoond dat het gebruik van een stoffen schijf de enzymen beschermt tegen denaturering of afschuiving, waardoor ze onbruikbaar worden, en zorgt voor optimaal contact tussen de enzymkatalysator en het substraat, wat zorgt voor snelle reacties. Dit betekent dat de katalysatordoekschijf veel langer kan worden gebruikt, waardoor het proces goedkoper en duurzamer is dan traditionele reactoren.

Dr. Emanuelsson-Patterson zegt:"Het basisprincipe van de SMDR is het gebruik van de centrifugale krachten die worden gegenereerd door rotatie om een ​​zeer consistente en herhaalbare reactie te creëren. Chemische ingenieurs streven ernaar dit soort 'massaoverdracht' te verbeteren omdat het snellere reacties produceert, en in ons geval meer chemicaliën of API's."

Dr. Shivaprasad voegt toe:"Een van de belangrijkste voordelen van de SMDR werkt in wezen een beetje als een jukebox die kan schakelen tussen platen. Met behulp van de katalysatordoek gaasschijven, die gemakkelijk en snel kan worden verwisseld, betekent dat we snel een reeks verschillende reagentia of katalysatoren kunnen toepassen, het creëren van een breed scala aan chemicaliën of API's."

De noodzaak van een betere efficiëntie uitleggen, Dr. Emanuelsson-Patterson zei:"Reagentia en enzymen zijn duur en ook erg gevoelig voor hoe ze worden behandeld, in het bijzonder met betrekking tot schuif- (of scheur)krachten. Door de mesh-schijf te gebruiken en centrifugale krachten te benutten, hebben we deze risico's aanzienlijk verminderd, meer mogelijkheden bieden om ze veilig te hergebruiken. Dit heeft voordelen in efficiëntie, kosten en duurzaamheid."

Het schijfontwerp biedt ook mogelijkheden om de efficiëntie van de chemische productie te verbeteren:katalysatoren kunnen snel worden in- en uitgeschakeld, het creëren van flexibiliteit en ruimte voor serieproductie. Een spannende uitdaging die het team zal onderzoeken, is hoe de SMDR verschillende reacties kan uitvoeren, gebruik van meerdere katalysatoren tegelijk.

Dr. Shivaprasad maakte deel uit van het drie maanden durende ICURE-programma om de marktanalyse voor de SMDR uit te voeren. Het belangrijkste doel was om de huidige uitdagingen in de chemische productie te identificeren en of de SMDR het potentieel had om deze uitdagingen te verlichten om de verwerkingsefficiëntie in de chemische industrie te verbeteren.

"We ontdekten dat er een marktbehoefte was bij farmaceutische tussenpersonen - de bedrijven die API's leveren, de ingrediënten die in medicijnen of producten worden verwerkt - voor snellere, duurzamere productiemogelijkheden, " ze zegt.

De volgende stappen voor Dr. Emanuelsson-Patterson en Dr. Shivaprasad omvatten de optimalisatie van een multi-disc 'scale-up' reactor, de MD-SMDR, op pilotschaal en het doen van een kostenanalyse. Ze hopen dat de kosteneffectiviteit en flexibiliteit ervan een pad zullen bieden voor lokale productie van API's en chemicaliën, het verminderen van de afhankelijkheid van complexe toeleveringsketens, die tijdens de coronaviruspandemie in sommige landen een probleem is gebleken.

De MD-SMDR, is ontworpen op basis van een modulair concept met een enkele as met talrijke schijven, die elk stapelbaar zouden zijn. Dit zorgt voor flexibiliteit in zowel de hoeveelheden als de soorten chemicaliën die worden geproduceerd.

Het project heeft £ 68 ontvangen, 500 aan financiering van Innovate UK Sustainable Funding Round 2, een onderdeel van UK Research and Innovation.

Dr. Ian Campbell, interim Executive Chair voor Innovate UK, zei:"In deze moeilijke tijden, we hebben het beste van Britse bedrijfsinnovatie gezien. De pandemie is niet alleen een noodsituatie op gezondheidsgebied, maar ook een die gevolgen heeft voor de samenleving en de economie.

"SMDR Ltd, samen met elk initiatief dat Innovate UK via dit fonds heeft ondersteund, is een belangrijke stap voorwaarts in het stimuleren van duurzame economische ontwikkeling. Stuk voor stuk helpen ze ook de ambities van hardwerkende mensen waar te maken."