Le aziende sono desiderose di utilizzare reattori chimici in miniatura per produrre prodotti farmaceutici e prodotti della chimica fine, ma sono scoraggiati dalla loro tendenza a intasarsi. Ricercatori presso KU Leuven, Belgio, hanno ora escogitato un modo elegante di utilizzare le onde sonore per mantenere il flusso di sostanze chimiche.

L'industria chimica produce convenzionalmente in grandi lotti, ma questo approccio ha degli svantaggi. Dal punto di vista ambientale, utilizza molta energia e produce grandi volumi di solvente di scarto quando i reattori vengono puliti. Poi c'è il costo e l'inconveniente di immagazzinare le sostanze chimiche prodotte fino a quando non sono necessarie, o trasportarli dove verranno utilizzati.

Reattori più piccoli che producono un flusso continuo del prodotto chimico desiderato, quando e dove serve, sono visti come una soluzione molto più intelligente. Ma questi reattori in miniatura, con volumi interni da un paio di microlitri a un paio di millilitri, hanno la tendenza a intasarsi se si producono particelle nella reazione, o richiesti come catalizzatori.

Questo è il problema che il professor Simon Kuhn e il dottor Zhengya Dong del dipartimento di ingegneria chimica della KU Leuven si sono proposti di risolvere. La loro ricerca, pubblicato sulla rivista della Royal Society of Chemistry Laboratorio su un chip , è stato realizzato in collaborazione con l'Università di Twente nei Paesi Bassi.

Era già noto che gli ultrasuoni (onde sonore con frequenze troppo alte per essere udite dagli umani) potevano essere utilizzati per spostare le particelle in un liquido. La sfida era trovare un modo per applicare la forza degli ultrasuoni all'interno degli stretti canali di un microreattore.

Il loro primo pensiero è stato quello di utilizzare gli ultrasuoni a bassa frequenza per scuotere i gruppi di particelle. "Ma questo è molto violento, e riscalda il reattore, " Spiega il professor Kuhn. "Si formano queste bolle di cavitazione, piccole zone prive di liquidi, che distruggono le particelle, ma poi distruggono anche il tuo reattore."

La loro idea successiva era di usare frequenze più alte, quale, se correttamente focalizzato, spingerebbe le particelle lontano dalle pareti del canale del reattore e smetterebbe di intasarsi in quel modo. Per realizzare questo, il reattore doveva essere progettato in modo molto preciso, con canali larghi appena mezzo millimetro incisi sulla superficie di una lastra di silicio integrabile con la sorgente di ultrasuoni.

Gli scienziati hanno testato il prototipo di reattore con carbonato di calcio e solfato di bario, che reagiscono molto forte e molto rapidamente per formare un sale inorganico. Questo forma rapidamente grandi grumi di particelle. Pur non essendo utile di per sé, il sale fornisce la prova più dura possibile per il reattore. "Se puoi farlo con queste particelle, puoi farlo con qualsiasi altra cosa."

Non solo gli ultrasuoni hanno mantenuto il flusso del prodotto senza intoppi, forzare le particelle al centro del canale ha aiutato a mescolarle, e quindi ha migliorato l'efficienza della reazione.

Il passo successivo è quello di aumentare il processo, anche se non rendendo i reattori più grandi. "Se riesci a produrre un paio di grammi al secondo, è già abbastanza buono, " Dice il professor Kuhn. "Se poi fai funzionare un paio di reattori in parallelo o in serie, si può raggiungere un livello di produttività interessante per l'industria."

Lo studio rientra nell'ambito di una borsa di ricerca di base del Consiglio europeo della ricerca (CER). "Mentre questi progetti sono fondamentali, ricerca del cielo azzurro, non stiamo facendo ricerca solo per il gusto di farlo, " Afferma il professor Kuhn. "Stiamo sviluppando una tecnologia che è davvero rilevante anche per l'industria".