En ny katalytisk reaktor som kan skapa kemiska föreningar snabbare, billigt och mer hållbart har vunnit finansiering från Innovate UK.

Spinning Disc Mesh Reactor (SMDR), utvecklad av University of Bath kemiska ingenjörer Dr. Emma Emanuelsson-Patterson och Dr Parimala Shivaprasad, skapar kemikalier och API:er - aktiva farmaceutiska ingredienser, används för att skapa alla slags läkemedel-genom att reagera kemikalier med enzymer på en snurrande tygtäckt tallrik, som en vinylskiva.

Parets sällskap, SMDR Ltd, har vunnit finansiering från Innovate UK för att kommersialisera reaktorn och marknadsföra den till läkemedelsföretag efter dess 12-åriga utveckling.

SMDR skapar kemikalier genom att imitera en skivspelares verkan:ett enzym som appliceras på en ullduksskiva snurras på en skivspelare, där det reagerar med ett kemiskt substrat, skapa önskad förening eller API.

Forskargruppen Emanuelsson har visat att användning av en tygskiva skyddar enzymerna från denaturering eller skjuvning, vilket gör dem oanvändbara, och möjliggör optimal kontakt mellan enzymkatalysatorn och substratet, vilket säkerställer snabba reaktioner. Detta innebär att katalysatordukskivan kan användas mycket längre, gör processen billigare och mer hållbar än traditionella reaktorer.

Dr Emanuelsson-Patterson säger:"Grundprincipen för SMDR är att använda centrifugalkrafterna som genereras genom rotation för att skapa en mycket konsekvent och repeterbar reaktion. Kemiska ingenjörer strävar efter att förbättra denna typ av" massöverföring "eftersom det ger snabbare reaktioner, och i vårt fall fler kemikalier eller API:er. "

Dr Shivaprasad tillägger:"En av de främsta fördelarna med SMDR fungerar i princip lite som en jukebox som kan växla mellan poster. Med hjälp av katalysatordukskivor, som kan bytas enkelt och snabbt, innebär att vi snabbt kan applicera en rad olika reagenser eller katalysatorer, skapa ett brett utbud av kemikalier eller API:er. "

Förklarar behovet av bättre effektivitet, Dr Emanuelsson-Patterson sa:"Reagenser och enzymer är dyra och också mycket känsliga för hur de hanteras, särskilt med avseende på skjuvkrafter (eller rivningskrafter). Genom att använda maskskivan och utnyttja centrifugalkrafterna har vi minskat dessa risker avsevärt, ger mer potential att säkert återanvända dem. Detta har fördelar i effektivitet, kostnad och hållbarhet. "

Skivdesignen skapar också potential för att förbättra effektiviteten för kemisk produktion - katalysatorer kan snabbt slås in och ut, skapa flexibilitet och utrymme för batchproduktion. En spännande utmaning teamet kommer att undersöka är hur SMDR kan köra flera olika reaktioner, använder flera katalysatorer samtidigt.

Dr Shivaprasad var en del av det tre månader långa ICURe-programmet för att genomföra marknadsanalyser för SMDR. Huvudsyftet var att identifiera de nuvarande utmaningarna inom kemisk tillverkning och om SMDR hade potential att lindra dessa utmaningar för att förbättra bearbetningseffektiviteten inom kemisk industri.

"Vi fann att det fanns ett marknadsbehov bland läkemedelsförmedlare - de företag som tillhandahåller API:er, ingredienserna som går in i droger eller produkter - för snabbare, mer hållbara produktionsalternativ, " hon säger.

Nästa steg för Dr Emanuelsson-Patterson och Dr Shivaprasad inkluderar optimering av multi-disc "skala upp" -reaktor, MD-SMDR, i pilotskala och göra en kostnadsanalys. De hoppas att dess kostnadseffektivitet och flexibilitet kommer att utgöra en väg för lokal produktion av API:er och kemikalier, minska beroendet av komplexa leveranskedjor, som har visat sig vara ett problem i vissa länder under coronaviruspandemin.

MD-SMDR, är utformad baserat på ett modulkoncept med en enda axel med många skivor, var och en skulle kunna staplas. Detta kommer att skapa flexibilitet både i mängder och typer av kemikalier som produceras.

Projektet har fått £ 68, 500 i finansiering från Innovate UK Sustainable Funding Round 2, en del av Storbritanniens forskning och innovation.

Dr Ian Campbell, tillfällig verkställande ordförande för Innovate UK, sade:"I dessa svåra tider, vi har sett det bästa av brittisk företagsinnovation. Pandemin är inte bara en nödsituation för hälsan utan en som påverkar samhället och ekonomin.

"SMDR Ltd, tillsammans med alla initiativ som Innovate UK har stött genom denna fond, är ett viktigt steg framåt för att driva en hållbar ekonomisk utveckling. Var och en hjälper också till att förverkliga ambitionerna för hårt arbetande människor. "