Till största del, den kemiska industrin följer fortfarande mycket omfattande rutiner vid framställning av aktiva läkemedelsingredienser och andra komplexa ämnen. Ofta, varje mellanprodukt måste produceras på ett separat sätt inom stora reaktorkärl. Kemister vid Bielefeld University arbetar tillsammans med internationella projektpartners på ett alternativ:flödesmetoden. Detta kombinerar produktionsstegen och fortsätter i mikroreaktorer där den önskade substansen kan produceras utan mellanliggande isoleringar. Europeiska unionens forskningsprogram finansierar projektet "ONE-FLOW" med totalt fyra miljoner euro. Bielefeld University har nu lyckats få en forskare från det välrenommerade Keio University (Japan) till projektet. Dr Yasunobu Yamashita har påbörjat sitt arbete med projektet i början av augusti.

Professor Dr Harald Gröger från Center for Biotechnology (CeBiTec) och ordförande för organisk kemi I vid Bielefeld University är chef för det tyska ONE-FLOW-delprojektet. Bielefeld -forskaren är aktiv inom ”grön kemi” för att utveckla miljövänliga kemiska reaktioner. Eindhoven tekniska universitet (Nederländerna) samordnar hela ONE-FLOW-projektet med åtta partners. Grögers forskargrupp arbetar särskilt nära med professor Dr. Volker Hessels team från Eindhoven. Hessel är projektkoordinator och expert på mikroreaktionsteknik och flödeskemi.

Ekonomiskt attraktiv och hållbar produktion

"På grund av de många stegen i produktionen, den nuvarande kärltekniken av satsvis reaktortyp är särskilt tidskrävande. En ytterligare nackdel är att upparbetning och isolering av mellanprodukter leder till många avfallsprodukter. Därav, tekniken använder inte råvaror effektivt, säger Gröger. Efter varje steg i produktionen, mellanprodukten renas typiskt. Detta kan kräva betydande mängder lösningsmedel som sedan blir avfallsprodukter. 'Flödesmetoden erbjuder ett sätt att minska resurskraven och spara avfall, vilket gör produktionen inte bara ekonomiskt mer attraktiv utan också mer hållbar, säger kemisten och bioteknologen.

Gröger och hans kollegor hämtar sin inspiration till flödestekniken från naturen. I biologiska celler, kemiska processer pågår samtidigt och som så kallade "dominoreaktioner" – och de fortsätter att göra detta hela tiden. Förhållandena i cellerna förblir desamma hela tiden:trycket, temperaturen, och lösningsmedlet (vatten). I cellerna, enzymer säkerställer att reaktionerna initieras och avslutas. 'Vi vill tillämpa cellens principer för produktion i mikroreaktorer, säger Gröger.

Produktionsvolymen är lätt att öka

En ytterligare fördel med den nya produktionsmetoden är att den kräver mycket mindre energi och utrymme än det konventionella sättet att framställa de önskade kemikalierna. Som mikroreaktorer, forskarna använder mestadels plug-flow reaktorer med "flödesrör" med en medeldiameter på markant mindre än en millimeter. ”Det speciella är att vi också kan producera stora mängder material i liten skala. Detta gör att vi kan få ämnet till en specifikt önskad mängd utan stor ansträngning, säger Gröger. "Om vi ​​vill öka mängden, vi lägger helt enkelt till extra mikroreaktorer. Därav, problem med uppskalning försvinner. '

Reaktioner kontrollerar sig själva tack vare katalysatorer

Innan sakerna når detta skede, Harald Gröger, hans nya medarbetare Yasunobu Yamashita, och deras kollegor har några förberedande arbeten att göra. För att utföra flera reaktioner samtidigt i det miniatyriserade flödesröret, dessa får inte störa varandra. "Vi utvecklar metoder som säkerställer att varje reaktion är skyddad, säger Gröger. För att initiera reaktioner, the chemists are using catalysts. Although these particles are part of the reaction, they return to their initial state at the end of the process. Som ett resultat, they can be used repeatedly. One of Yasunobu Yamashita's goals in the project is to work out how to ensure that these particles will perform its optimal activity under the chosen reaction conditions. Gröger's research team is specialized in the combination of bio- and chemo-catalysts. In nature, biocatalysts are found in the form of enzymes. Chemocatalysts, in contrast, are developed artificially. 'By combining chemo- and biocatalysts in a flow reactor, we want to efficiently produce pharmaceutically relevant products at room temperature and thereby produce them in a more sustainable and specific mode, ' says Gröger.