Con l'aiuto di un po' di progettazione, qualche grammo di filamento di plastica e una stampante 3D, ricercatori dell'Università di Helsinki hanno realizzato un dispositivo unico per studiare le reazioni chimiche, e migliorato i loro processi sperimentali.

È iniziato come un progetto parallelo. Dott. Gianmario Scotti dell'Università di Helsinki, Finlandia, era stufo di lavorare nella camera bianca a circa 15 km dal suo laboratorio. I microchip destinati all'analisi di spettrometria di massa dovevano essere preparati in lotti più grandi, poiché non aveva senso dedicare tempo all'allestimento e all'utilizzo della camera bianca per un solo dispositivo alla volta. Ciò ovviamente significava aspettare che il lotto fosse pronto prima che potesse essere utilizzato dal gruppo di ricerca, e il lavoro non procedeva veloce come si vorrebbe.

Gianmario Scotti e Markus Haapala, dal vicino gruppo di ricerca, avuto un'idea. Forse potrebbero saltare la fase della camera bianca escogitando un piccolo, contenitore monouso che potrebbe essere collegato direttamente a uno spettrometro di massa e utilizzato per studiare le reazioni?

"Avevo lavorato con la stampa 3D dell'acciaio inossidabile, quindi la stampa 3D è stata una scelta ovvia per il metodo di fabbricazione. Ma la stampa 3D dell'acciaio non è molto economica, quindi abbiamo deciso di restare con la plastica, " dice Gianmario Scotti.

Trovare il materiale giusto, però, non era un compito facile. Il materiale doveva essere tale che i solventi utilizzati negli studi sulle reazioni chimiche non ne dissolvessero nulla. Doveva anche essere durevole e facilmente stampabile.

ABS – n. Nylon – n. PLA – decisamente no. Il polipropilene sembrava un'opzione interessante, ma era difficile da trovare.

Gianmario Scotti ha finalmente trovato qualcuno in Germania che vendeva polipropilene su eBay, e ho comprato un paio di rotoli di filamento. E dopo solo una manciata di fasi di sviluppo, i ricercatori hanno creato un microreattore che può essere utilizzato per l'analisi della spettrometria di massa.

Dopo la stampa, il compito principale era l'analisi effettiva delle reazioni da parte di uno spettrometro di massa. È qui che il lavoro di Sofia Nilsson e le sue innumerevoli ore presso la trappola ionica sono state inestimabili.

"Collegando un microreattore a uno spettrometro di massa, le reazioni possono essere seguite in tempo reale con elevata sensibilità e selettività. Grazie a questo, è possibile rilevare intermedi e persino stati di transizione delle reazioni, rendendo possibile la definizione di un meccanismo di reazione, su cui si concentra la mia ricerca, "dice Nilsson.

Il termine "microreattore" suona complicato, ma fondamentalmente è solo un piccolo contenitore con un ancoretta per mescolare campioni chimici e un ago molto sottile per spruzzare e ionizzare il campione per l'analisi con uno spettrometro di massa. Per posizionare l'ancoretta e l'ago nanoelettrospray nel microreattore è necessario interrompere il processo di stampa, e poi ripreso.

L'ancoretta magnetica viene ruotata posizionando una normale ventola del computer sotto il microreattore. Il microreattore stesso si trova in una maschera di plastica a cui sono collegate le siringhe campione. La maschera stessa è, ovviamente, stampata in 3D.

Una delle principali novità di questo lavoro è che la barra di agitazione e la punta di ionizzazione sono state inserite durante la stampa 3D:la stampante si sarebbe fermata a metà del lavoro, l'ancoretta di agitazione e la punta di ionizzazione inseriti, e la stampa è ripresa. Per di qua, questi elementi sono perfettamente integrati in un'unica unità.

Le stampanti 3D non sono difficili da trovare, e la stampa di un microreattore alla volta richiede circa un'ora. La sfida era trovare una piattaforma adatta sulla quale stampare il microreattore. La plastica stampata deve aderire alla piattaforma, ma non troppo forte. Dopo qualche prova, errore e raschiamento intenso, i ricercatori hanno scoperto che il polipropilene stesso è il miglior materiale per piattaforme, ma la temperatura della plastica stampata deve essere regolata con cura.