Med hjälp av en del design, några gram plastfilament och en 3D-skrivare, forskare vid Helsingfors universitet gjorde en unik enhet för att studera kemiska reaktioner, och förbättrade sina experimentella processer.
Det började som ett sidoprojekt. Dr Gianmario Scotti från Helsingfors universitet, Finland, var trött på att arbeta i renrummet cirka 15 km från sitt labb. Mikrochipsen avsedda för masspektrometrianalys måste förberedas i större omgångar, eftersom det inte var någon idé att spendera tid med att passa och använda renrummet för bara en enda enhet i taget. Det innebar naturligtvis att vänta på att partiet skulle vara klart innan det kunde användas av forskargruppen, och arbetet gick inte så fort som man skulle önska.
Gianmario Scotti och Markus Haapala, från grannforskningsgruppen, hade en idé. Kanske kunde de hoppa över renrumsfasen genom att ta fram en liten, engångsbehållare som kan anslutas direkt till en masspektrometer och användas för att studera reaktioner?
"Jag hade arbetat med 3D-tryckning av rostfritt stål, så 3D-utskrift var ett självklart val för tillverkningsmetoden. Men 3D-tryckning av stål är inte särskilt ekonomiskt, så vi bestämde oss för att stanna kvar med plast, "Säger Gianmario Scotti.
Att hitta rätt material, dock, var ingen lätt uppgift. Materialet måste vara sådant att lösningsmedlen som används i kemiska reaktionsstudier inte skulle lösa upp något från det. Det måste också vara hållbart och lätt att skriva ut.
ABS - nej. Nylon - nej. PLA - definitivt nej. Polypropylen verkade vara ett intressant alternativ men det var svårt att komma förbi.
Gianmario Scotti hittade äntligen någon i Tyskland som sålde polypropen på eBay, och köpte ett par rullar filament. Och efter bara en handfull utvecklingsfaser skapade forskarna en mikroreaktor som kan användas för masspektrometrianalys.
Efter utskriften, huvuduppgiften var den faktiska analysen av reaktioner med en masspektrometer. Det var där Sofia Nilssons arbete och hennes otaliga timmar vid jonfällan var ovärderliga.
"Genom att ansluta en mikroreaktor till en masspektrometer, reaktioner kan följas i realtid med hög känslighet och selektivitet. Tack vare detta, det är möjligt att upptäcka mellanprodukter och till och med övergångstillstånd för reaktioner, gör det möjligt att fastställa en reaktionsmekanism, vilket är vad min forskning fokuserar på, säger Nilsson.
Termen "mikroreaktor" låter komplicerad, men i grunden är det bara en liten behållare med en omrörare för blandning av kemiska prover och en mycket tunn nål för sprutning och jonisering av provet för analys med en masspektrometer. För att placera omrörarstången och nanoelektrospraynålen i mikroreaktorn måste utskriftsprocessen avbrytas, och återupptogs sedan.
Den magnetiska omrörarstången roteras genom att placera en vanlig datorfläkt under mikroreaktorn. Själva mikroreaktorn sitter i en plastjigg som provsprutor är anslutna till. Själva jiggen är-naturligtvis-3D-tryckt.
En av de viktigaste nyheterna i detta arbete är att omröraren och joniseringsspetsen sattes in under 3D-utskrift-skrivaren skulle stoppas mitt i arbetet, omröraren och joniseringsspetsen infogade, och utskriften återupptogs. Den här vägen, dessa element är sömlöst integrerade i en enhet.
3D-skrivare är inte svåra att hitta, och att skriva ut en mikroreaktor i taget tar ungefär en timme. Utmaningen var att hitta en lämplig plattform ovanpå vilken mikroreaktorn kan skrivas ut. Den tryckta plasten måste fastna på plattformen, men inte för starkt. Efter lite prövningar, fel och intensiv skrapning, forskarna fann att polypropen i sig är det bästa plattformsmaterialet, men temperaturen på den tryckta plasten måste regleras noggrant.
