«Мы эффективно создали платформу, которая делает зеленую химию более экологичной», – говорит Милад Аболхасани, доцент кафедры химической и биомолекулярной инженерии в штате Северная Каролина и автор статьи о работе. «Эта работа ускоряет способность отрасли определять лучший переключаемый растворитель для конкретного химического процесса, а затем дает отраслевые передовые инструменты для извлечения этого растворителя гораздо быстрее, чем это было возможно при использовании предыдущих подходов."
Речь идет о сменных растворителях, которые меняют свои физико-химические свойства при воздействии диоксида углерода (CO2). В этом исследовании основное внимание уделялось растворителям, которые становятся гидрофильными в присутствии СО2 и воды, но становятся гидрофобными при удалении СО2. Это делает их привлекательными для использования в процессах химической и фармацевтической промышленности, поскольку растворитель можно легко удалить из продукта, добавив CO2 и воду.
Затем растворитель можно регенерировать из воды, удалив СО2.
«Однако с промышленной точки зрения существуют серьезные проблемы», – говорит Аболхасани. «В частности, процесс отбора кандидатов для определения наиболее эффективного переключаемого растворителя для конкретного применения может быть чрезвычайно трудоемким и трудоемким. И если у вас есть подходящий вариант переключаемого растворителя, удаление его в больших масштабах также может занять много времени."
Чтобы решить проблему скрининга, команда Аболхасани использовала микромасштабную проточную химическую платформу, которая пропускает 5-микролитровые образцы через газопроницаемую трубку, окруженную CO2. Это гарантирует, что растворитель в образце находится в постоянном контакте с CO2 (i.е., усиленный массоперенос), ускоряя реакцию и процесс восстановления растворителя.
Используя этот метод, исследователи могут определить эффективность растворителя с помощью обработки изображений всего за три минуты.
Платформа также позволяет им запускать несколько образцов одновременно. С учетом времени, необходимого для подготовки каждого образца, система позволяет пользователям проводить около 280 скрининговых экспериментов в день.
Для сравнения, традиционные методы серийного тестирования требуют использования образцов большего размера.
Например, проверка эффективности 5-миллилитрового образца с использованием обычных методов пакетной обработки занимает от шести до восьми часов – или примерно один тест в день.
Команда Аболхасани также продемонстрировала в ходе экспериментальных испытаний, что метод химического анализа потока был не только быстрее, но и так же точен, как и традиционные испытания партии при определении эффективности растворителя.
Кроме того, исследователи недавно показали, что они могут перенастроить ту же платформу химического анализа потока, которая используется для быстрого переключаемого скрининга растворителей, в режим непрерывного потока для извлечения растворителей в больших масштабах. «Наш подход также более рентабелен, поскольку он полностью управляется компьютером и, следовательно, менее трудоемок», – говорит Аболхасани.
«Мы воодушевлены потенциалом этой технологии интенсификации процессов и ищем партнеров, которые помогут нам перенести технологию из лаборатории в промышленные исследования и разработки и производственные приложения."