Nature.com-এ আসার জন্য আপনাকে ধন্যবাদ। আপনি যে ব্রাউজার সংস্করণটি ব্যবহার করছেন তাতে CSS-এর সীমিত সমর্থন রয়েছে। সর্বোত্তম অভিজ্ঞতার জন্য, আমরা আপনাকে একটি হালনাগাদ ব্রাউজার ব্যবহার করার (অথবা ইন্টারনেট এক্সপ্লোরারে কম্প্যাটিবিলিটি মোড বন্ধ করার) পরামর্শ দিচ্ছি। আপাতত, নিরবচ্ছিন্ন সমর্থন নিশ্চিত করার জন্য, আমরা স্টাইল এবং জাভাস্ক্রিপ্ট ছাড়াই সাইটটি প্রদর্শন করব।
অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং গবেষক এবং শিল্পপতিদের তাদের নির্দিষ্ট চাহিদা মেটাতে রাসায়নিক ডিভাইস ডিজাইন ও উৎপাদন করার পদ্ধতি পরিবর্তন করে দিচ্ছে। এই গবেষণাপত্রে, আমরা আলট্রাসনিক অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং (UAM) নামক সলিড-স্টেট মেটাল শিট ল্যামিনেশন কৌশলের মাধ্যমে গঠিত একটি ফ্লো রিঅ্যাক্টরের প্রথম উদাহরণ তুলে ধরেছি, যেখানে অনুঘটক অংশ এবং সেন্সিং উপাদান সরাসরি সংযুক্ত রয়েছে। UAM প্রযুক্তি কেবল রাসায়নিক রিঅ্যাক্টরের অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিংয়ের সাথে বর্তমানে যুক্ত অনেক সীমাবদ্ধতাই কাটিয়ে ওঠে না, বরং এটি এই ধরনের ডিভাইসগুলির কার্যক্ষমতাও উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি করে। একটি UAM কেমিস্ট্রি সেট-আপ ব্যবহার করে Cu-মধ্যস্থ হুইসজেন ১,৩-ডিপোলার সাইক্লোঅ্যাডিশন বিক্রিয়ার মাধ্যমে জৈবিকভাবে গুরুত্বপূর্ণ ১,৪-ডাইসাবস্টিটিউটেড ১,২,৩-ট্রায়াজোল যৌগের একটি সিরিজ সফলভাবে সংশ্লেষণ এবং অপ্টিমাইজ করা হয়েছে। UAM-এর অনন্য বৈশিষ্ট্য এবং অবিচ্ছিন্ন প্রবাহ প্রক্রিয়াকরণকে কাজে লাগিয়ে, ডিভাইসটি চলমান বিক্রিয়াগুলিকে অনুঘটক করতে সক্ষম এবং একই সাথে বিক্রিয়া পর্যবেক্ষণ ও অপ্টিমাইজেশনের জন্য রিয়েল-টাইম ফিডব্যাক প্রদান করে।
এর বাল্ক প্রতিরূপের তুলনায় উল্লেখযোগ্য সুবিধার কারণে, ফ্লো কেমিস্ট্রি শিক্ষাগত এবং শিল্প উভয় ক্ষেত্রেই একটি গুরুত্বপূর্ণ এবং ক্রমবর্ধমান ক্ষেত্র, কারণ এটি রাসায়নিক সংশ্লেষণের নির্বাচনযোগ্যতা এবং দক্ষতা বৃদ্ধি করতে সক্ষম। এটি সাধারণ জৈব অণু গঠন¹ থেকে শুরু করে ফার্মাসিউটিক্যাল যৌগ²,³ এবং প্রাকৃতিক পণ্য⁴,⁵,⁶ পর্যন্ত বিস্তৃত। ফাইন কেমিক্যাল এবং ফার্মাসিউটিক্যাল শিল্পের ৫০% এরও বেশি বিক্রিয়া অবিচ্ছিন্ন প্রবাহ প্রক্রিয়াকরণ⁷ ব্যবহারের মাধ্যমে উপকৃত হতে পারে।
সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, বিভিন্ন গোষ্ঠীর মধ্যে প্রচলিত কাঁচের সরঞ্জাম বা ফ্লো কেমিস্ট্রি সরঞ্জামগুলিকে কাস্টমাইজযোগ্য অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং (AM) কেমিস্ট্রি "বিক্রিয়া পাত্র" দিয়ে প্রতিস্থাপন করার একটি ক্রমবর্ধমান প্রবণতা দেখা যাচ্ছে। এই কৌশলগুলির পুনরাবৃত্তিমূলক নকশা, দ্রুত উৎপাদন এবং ত্রিমাত্রিক (3D) ক্ষমতা তাদের জন্য উপকারী, যারা তাদের ডিভাইসগুলিকে নির্দিষ্ট কিছু বিক্রিয়া, ডিভাইস বা শর্তের জন্য কাস্টমাইজ করতে চান। এখন পর্যন্ত, এই কাজটি প্রায় একচেটিয়াভাবে পলিমার-ভিত্তিক 3D প্রিন্টিং কৌশল যেমন স্টেরিওলিথোগ্রাফি (SL), ফিউজড ডিপোজিশন মডেলিং (FDM) এবং ইঙ্কজেট প্রিন্টিং-এর ব্যবহারের উপর দৃষ্টি নিবদ্ধ করেছে। এই ধরনের ডিভাইসগুলির দৃঢ়তার অভাব এবং বিস্তৃত রাসায়নিক বিক্রিয়া/বিশ্লেষণ সম্পাদনের ক্ষমতার অভাব এই ক্ষেত্রে AM-এর ব্যাপক বাস্তবায়নের জন্য একটি প্রধান সীমাবদ্ধতা।
ফ্লো কেমিস্ট্রির ক্রমবর্ধমান ব্যবহার এবং এএম (অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং)-এর অনুকূল বৈশিষ্ট্যগুলোর কারণে, এমন আরও উন্নত কৌশল অন্বেষণের প্রয়োজন রয়েছে যা ব্যবহারকারীদের বর্ধিত রাসায়নিক ও বিশ্লেষণাত্মক ক্ষমতা সম্পন্ন ফ্লো রিঅ্যাকশন ভেসেল তৈরি করতে সক্ষম করবে। এই কৌশলগুলো ব্যবহারকারীদের বিভিন্ন ধরনের অত্যন্ত মজবুত বা কার্যকরী উপাদান থেকে বেছে নেওয়ার সুযোগ দেবে, যা বিস্তৃত পরিসরের বিক্রিয়া পরিস্থিতি সামলাতে সক্ষম। একই সাথে, এটি ডিভাইসটি থেকে বিভিন্ন ধরনের বিশ্লেষণাত্মক ফলাফলও প্রদান করবে, যা বিক্রিয়া পর্যবেক্ষণ ও নিয়ন্ত্রণের সুযোগ করে দেবে।
কাস্টম রাসায়নিক রিঅ্যাক্টর তৈরির সম্ভাবনা রয়েছে এমন একটি অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং প্রক্রিয়া হলো আলট্রাসনিক অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং (UAM)। এই সলিড-স্টেট শিট ল্যামিনেশন কৌশলটি পাতলা ধাতব ফয়েলের উপর আলট্রাসনিক কম্পন প্রয়োগ করে, যাতে ন্যূনতম সামগ্রিক তাপ প্রয়োগ এবং উচ্চ মাত্রার প্লাস্টিক প্রবাহের মাধ্যমে সেগুলোকে স্তরে স্তরে যুক্ত করা যায়। অন্যান্য বেশিরভাগ AM প্রযুক্তির মতো নয়, UAM-কে সরাসরি সাবট্র্যাকটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং-এর সাথে একীভূত করা যেতে পারে, যা একটি হাইব্রিড ম্যানুফ্যাকচারিং প্রক্রিয়া হিসাবে পরিচিত। এই প্রক্রিয়ায়, ইন-সিটু পর্যায়ক্রমিক কম্পিউটার নিউমেরিক্যাল কন্ট্রোল (CNC) মিলিং বা লেজার মেশিনিং সংযুক্ত উপাদানের একটি স্তরের নেট আকৃতি নির্ধারণ করে। এর অর্থ হলো, ব্যবহারকারী ছোট ফ্লুইড চ্যানেল থেকে অবশিষ্ট কাঁচা বিল্ড মেটেরিয়াল অপসারণের সমস্যা দ্বারা সীমাবদ্ধ নন, যা প্রায়শই পাউডার এবং তরল AM সিস্টেমের ক্ষেত্রে ঘটে থাকে। এই ডিজাইনের স্বাধীনতা উপলব্ধ উপাদান পছন্দের ক্ষেত্রেও বিস্তৃত – UAM একটি একক প্রক্রিয়াকরণ ধাপে তাপীয়ভাবে একই রকম এবং ভিন্ন ভিন্ন উপাদানের সংমিশ্রণকে সংযুক্ত করতে পারে। গলন প্রক্রিয়ার বাইরেও উপাদানের সংমিশ্রণ পছন্দের সুযোগ থাকার অর্থ হলো, নির্দিষ্ট অ্যাপ্লিকেশনের যান্ত্রিক এবং রাসায়নিক চাহিদা পূরণ করা সম্ভব। সলিড স্টেট বন্ডিং ছাড়াও, আলট্রাসনিক বন্ডিংয়ের সময় আরেকটি ঘটনা হলো তুলনামূলকভাবে কম তাপমাত্রায় প্লাস্টিক পদার্থের উচ্চ প্রবাহ। UAM-এর এই অনন্য বৈশিষ্ট্য কোনো ক্ষতি ছাড়াই ধাতব স্তরের মধ্যে যান্ত্রিক/তাপীয় উপাদান স্থাপনকে সহজতর করতে পারে। UAM-এ স্থাপিত সেন্সরগুলো সমন্বিত বিশ্লেষণের মাধ্যমে ডিভাইস থেকে ব্যবহারকারীর কাছে রিয়েল-টাইম তথ্য পৌঁছে দিতে পারে।
লেখকদের পূর্ববর্তী কাজ৩২ সমন্বিত সেন্সিং ক্ষমতা সহ ধাতব ৩ডি মাইক্রোফ্লুইডিক কাঠামো তৈরি করতে UAM প্রক্রিয়ার সক্ষমতা প্রদর্শন করেছে। এটি শুধুমাত্র একটি পর্যবেক্ষণকারী ডিভাইস। এই গবেষণাপত্রটি UAM দ্বারা নির্মিত একটি মাইক্রোফ্লুইডিক রাসায়নিক চুল্লির প্রথম উদাহরণ উপস্থাপন করে; এটি একটি সক্রিয় ডিভাইস যা কেবল পর্যবেক্ষণই করে না, বরং কাঠামোগতভাবে সমন্বিত অনুঘটক পদার্থের মাধ্যমে রাসায়নিক সংশ্লেষণও প্ররোচিত করে। ডিভাইসটি ৩ডি রাসায়নিক ডিভাইস তৈরিতে UAM প্রযুক্তির সাথে সম্পর্কিত বেশ কিছু সুবিধাকে একত্রিত করে, যেমন: কম্পিউটার-এইডেড ডিজাইন (CAD) মডেল থেকে সরাসরি সম্পূর্ণ ৩ডি ডিজাইনকে পণ্যে রূপান্তর করার ক্ষমতা; উচ্চ তাপ পরিবাহিতা এবং অনুঘটক পদার্থকে একত্রিত করার জন্য বহু-উপাদান নির্মাণ; এবং বিক্রিয়ার তাপমাত্রা নির্ভুলভাবে পর্যবেক্ষণ ও নিয়ন্ত্রণের জন্য বিক্রিয়ক প্রবাহের মাঝে সরাসরি তাপীয় সেন্সর স্থাপন করা হয়েছে। রিয়্যাক্টরটির কার্যকারিতা প্রদর্শনের জন্য, কপার-অনুঘটকযুক্ত হুইসজেন ১,৩-ডাইপোলার সাইক্লোঅ্যাডিশনের মাধ্যমে ঔষধবিজ্ঞানের জন্য গুরুত্বপূর্ণ ১,৪-ডাইসাবস্টিটিউটেড ১,২,৩-ট্রায়াজোল যৌগের একটি লাইব্রেরি সংশ্লেষণ করা হয়েছিল। এই কাজটি তুলে ধরে যে কীভাবে পদার্থ বিজ্ঞান এবং কম্পিউটার-সহায়ক নকশার ব্যবহার বহুশাস্ত্রীয় গবেষণার মাধ্যমে রসায়নের জন্য নতুন সুযোগ ও সম্ভাবনা উন্মোচন করতে পারে।
সমস্ত দ্রাবক এবং বিকারক সিগমা-অলড্রিচ, আলফা এইসার, টিসিআই বা ফিশার সায়েন্টিফিক থেকে কেনা হয়েছিল এবং পূর্ব পরিশোধন ছাড়াই ব্যবহার করা হয়েছিল। যথাক্রমে ৪০০ মেগাহার্টজ এবং ১০০ মেগাহার্টজ-এ রেকর্ড করা 1H এবং 13C NMR স্পেকট্রা একটি JEOL ECS-400 400 MHz স্পেকট্রোমিটার বা একটি ব্রুকার অ্যাভান্স II 400 MHz স্পেকট্রোমিটার এবং দ্রাবক হিসাবে CDCl3 বা (CD3)2SO ব্যবহার করে প্রাপ্ত হয়েছিল। সমস্ত বিক্রিয়া Uniqsis FlowSyn ফ্লো কেমিস্ট্রি প্ল্যাটফর্ম ব্যবহার করে সম্পন্ন করা হয়েছিল।
এই গবেষণার সমস্ত ডিভাইস তৈরিতে UAM ব্যবহার করা হয়েছিল। এই প্রযুক্তিটি ১৯৯৯ সালে উদ্ভাবিত হয়েছিল, এবং এর প্রযুক্তিগত বিবরণ, অপারেটিং প্যারামিটার এবং উদ্ভাবনের পর থেকে এর উন্নয়নগুলি নিম্নলিখিত প্রকাশিত উপকরণগুলির মাধ্যমে অধ্যয়ন করা যেতে পারে³⁴,³⁵,³⁶,³⁷। ডিভাইসটি (চিত্র ১) একটি অতি-উচ্চ ক্ষমতার, ৯ কিলোওয়াট সনিকলেয়ার ৪০০০® UAM সিস্টেম (ফ্যাব্রিসনিক, ওএইচ, ইউএসএ) ব্যবহার করে বাস্তবায়িত হয়েছিল। ফ্লো ডিভাইসটি তৈরির জন্য নির্বাচিত উপাদানগুলি ছিল Cu-110 এবং Al 6061। Cu-110-এ তামার পরিমাণ বেশি (সর্বনিম্ন ৯৯.৯% তামা), যা এটিকে তামা-অনুঘটক বিক্রিয়ার জন্য একটি ভালো উপাদান করে তোলে, এবং তাই এটি একটি মাইক্রোরিঅ্যাক্টরের মধ্যে "সক্রিয় স্তর" হিসাবে ব্যবহৃত হয়। Al 6061 O একটি "বাল্ক" উপাদান হিসাবে ব্যবহৃত হয়, যা বিশ্লেষণের জন্য ব্যবহৃত এমবেডিং স্তর; সংকর সহায়ক উপাদান এমবেডিং এবং Cu-110 স্তরের সাথে মিলিত অ্যানিলড অবস্থা। Al 6061 O এমন একটি উপাদান যা অত্যন্ত কার্যকর বলে প্রমাণিত হয়েছে। UAM প্রক্রিয়া৩৮, ৩৯, ৪০, ৪১ এর সাথে সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং এই কাজে ব্যবহৃত বিকারকগুলির সাথে পরীক্ষিত ও রাসায়নিকভাবে স্থিতিশীল বলে প্রমাণিত হয়েছে। Al 6061 O এর সাথে Cu-110 এর সংমিশ্রণকেও UAM এর জন্য একটি সামঞ্জস্যপূর্ণ উপাদান সংমিশ্রণ হিসাবে বিবেচনা করা হয় এবং তাই এটি এই গবেষণার জন্য একটি উপযুক্ত উপাদান। ৩৮,৪২ এই ডিভাইসগুলি নীচের সারণি ১-এ তালিকাভুক্ত করা হয়েছে।
রিয়্যাক্টর তৈরির পর্যায়সমূহ (1) Al 6061 সাবস্ট্রেট (2) কপার ফয়েলে বটম চ্যানেল সেট তৈরি (3) স্তরগুলির মধ্যে থার্মোকাপল স্থাপন (4) টপ চ্যানেল (5) ইনলেট এবং আউটলেট (6) মনোলিথিক রিয়্যাক্টর।
তরল পথের নকশার মূল দর্শন হলো, চিপটিকে একটি নিয়ন্ত্রণযোগ্য আকারে রেখে, চিপের মধ্যে তরলের ভ্রমণ দূরত্ব বাড়ানোর জন্য একটি জটিল পথ ব্যবহার করা। অনুঘটক/বিক্রিয়কের মিথস্ক্রিয়ার সময় বাড়াতে এবং উৎকৃষ্ট মানের উৎপাদ নিশ্চিত করতে এই দূরত্ব বৃদ্ধি কাম্য। ডিভাইসের মধ্যে আলোড়িত মিশ্রণ ঘটাতে এবং পৃষ্ঠের (অনুঘটক) সাথে তরলের সংস্পর্শের সময় বাড়াতে চিপগুলো সরল পথের দুই প্রান্তে ৯০° বাঁক ব্যবহার করে। মিশ্রণের মাত্রা আরও বাড়ানোর জন্য, রিয়্যাক্টরের নকশায় দুটি বিক্রিয়ক প্রবেশপথ রয়েছে যা সর্পিল মিশ্রণ অংশে প্রবেশের আগে Y-জাংশনে মিলিত হয়। তৃতীয় প্রবেশপথটি, যা প্রবাহকে তার অবস্থানের মাঝামাঝি সময়ে ছেদ করে, ভবিষ্যতের বহু-ধাপ বিক্রিয়া সংশ্লেষণের নকশায় অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে।
সমস্ত চ্যানেলের একটি বর্গাকার প্রোফাইল রয়েছে (কোনো ড্রাফট অ্যাঙ্গেল নেই), যা চ্যানেলের জ্যামিতি তৈরি করতে ব্যবহৃত পর্যায়ক্রমিক সিএনসি মিলিংয়ের ফল। চ্যানেলের মাত্রা এমনভাবে নির্বাচন করা হয়েছে যাতে একটি মাইক্রোরিঅ্যাক্টরের জন্য উচ্চ আয়তনের আউটপুট নিশ্চিত করা যায়, এবং একই সাথে এটি যথেষ্ট ছোট হয় যাতে এর মধ্যে থাকা বেশিরভাগ তরলের জন্য পৃষ্ঠীয় মিথস্ক্রিয়া (অনুঘটক) সহজতর হয়। এই বিক্রিয়ার জন্য মেটাল-ফ্লুইডিক ডিভাইস নিয়ে লেখকদের পূর্ব অভিজ্ঞতার উপর ভিত্তি করে উপযুক্ত আকারটি নির্ধারণ করা হয়েছে। চূড়ান্ত চ্যানেলের অভ্যন্তরীণ মাত্রা ছিল ৭৫০ µm x ৭৫০ µm এবং মোট রিঅ্যাক্টরের আয়তন ছিল ১ মিলি। বাণিজ্যিক ফ্লো কেমিস্ট্রি সরঞ্জামের সাথে ডিভাইসটির সহজ ইন্টারফেসিংয়ের জন্য ডিজাইনে একটি ইন্টিগ্রেটেড কানেক্টর (১/৪″—২৮ ইউএনএফ থ্রেড) অন্তর্ভুক্ত করা হয়েছে। চ্যানেলের আকার ফয়েল উপাদানের পুরুত্ব, এর যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং আল্ট্রাসনিক্সের সাথে ব্যবহৃত বন্ডিং প্যারামিটার দ্বারা সীমাবদ্ধ। একটি নির্দিষ্ট উপাদানের জন্য একটি নির্দিষ্ট প্রস্থে, উপাদানটি তৈরি করা চ্যানেলের মধ্যে "ঝুলে" যাবে। বর্তমানে এই গণনার জন্য কোনো নির্দিষ্ট মডেল নেই, তাই একটি নির্দিষ্ট উপাদান এবং ডিজাইনের জন্য সর্বোচ্চ চ্যানেলের প্রস্থ পরীক্ষামূলকভাবে নির্ধারণ করা হয়; এক্ষেত্রে, ৭৫০ μm প্রস্থের কারণে কোনো অবনমন ঘটবে না।
একটি স্কয়ার কাটার ব্যবহার করে চ্যানেলের আকৃতি (বর্গাকার) নির্ধারণ করা হয়। বিভিন্ন প্রবাহ হার এবং বৈশিষ্ট্য অর্জনের জন্য, বিভিন্ন কাটিং টুল ব্যবহার করে সিএনসি মেশিনের মাধ্যমে চ্যানেলগুলির আকৃতি এবং আকার পরিবর্তন করা যেতে পারে। ১২৫ μm টুল ব্যবহার করে একটি বক্র আকৃতির চ্যানেল তৈরির উদাহরণ মোনাঘান৪৫-এর কাজে পাওয়া যায়। যখন ফয়েল স্তরটি সমতলভাবে জমা করা হয়, তখন চ্যানেলগুলির উপর ফয়েল উপাদানের আস্তরণটির একটি সমতল (বর্গাকার) পৃষ্ঠ থাকবে। এই কাজে, চ্যানেলের প্রতিসাম্য বজায় রাখার জন্য, একটি বর্গাকার রূপরেখা ব্যবহার করা হয়েছিল।
উৎপাদনের একটি পূর্ব-প্রোগ্রাম করা বিরতির সময়, থার্মোকাপল তাপমাত্রা প্রোব (টাইপ K) সরাসরি ডিভাইসের ভিতরে উপরের এবং নীচের চ্যানেল গ্রুপগুলির মধ্যে স্থাপন করা হয় (চিত্র ১ – পর্যায় ৩)। এই থার্মোকাপলগুলি −২০০ থেকে ১৩৫০ °C পর্যন্ত তাপমাত্রার পরিবর্তন পর্যবেক্ষণ করতে পারে।
২৫.৪ মিমি চওড়া ও ১৫০ মাইক্রন পুরু ধাতব ফয়েল ব্যবহার করে একটি UAM হর্নের মাধ্যমে মেটাল ডিপোজিশন প্রক্রিয়াটি সম্পন্ন করা হয়। এই ফয়েলের স্তরগুলোকে সম্পূর্ণ বিল্ড এরিয়াটি আবৃত করার জন্য পরপর কয়েকটি সংলগ্ন স্ট্রিপে জুড়ে দেওয়া হয়; যেহেতু সাবট্র্যাক্টিভ প্রক্রিয়াটি চূড়ান্ত নেট শেপ তৈরি করে, তাই জমা হওয়া উপাদানের আকার চূড়ান্ত পণ্যের চেয়ে বড় হয়। যন্ত্রটির বাহ্যিক ও অভ্যন্তরীণ কনট্যুরগুলো মেশিনিং করার জন্য CNC মেশিনিং ব্যবহার করা হয়, যার ফলে যন্ত্র এবং চ্যানেলগুলোর সারফেস ফিনিশ নির্বাচিত টুল এবং CNC প্রসেস প্যারামিটারের সমান হয় (এই উদাহরণে প্রায় ১.৬ μm Ra)। ডিভাইসের উৎপাদন প্রক্রিয়া জুড়ে অবিচ্ছিন্ন আলট্রাসনিক মেটেরিয়াল ডিপোজিশন এবং মেশিনিং চক্র ব্যবহার করা হয়, যাতে মাত্রিক নির্ভুলতা বজায় থাকে এবং তৈরি হওয়া অংশটি CNC ফিনিশ মিলিং নির্ভুলতার স্তর পূরণ করে। এই ডিভাইসের জন্য ব্যবহৃত চ্যানেলের প্রস্থ এতটাই ছোট যে ফয়েলের উপাদানটি ফ্লুইড চ্যানেলের মধ্যে "ঝুলে" না যায়, ফলে চ্যানেলটি একটি বর্গাকার ক্রস-সেকশন বজায় রাখে। ফয়েলের উপাদান এবং UAM প্রসেস প্যারামিটারের মধ্যে সম্ভাব্য ফাঁকগুলো একটি উৎপাদনকারী অংশীদার (Fabrisonic LLC, USA) দ্বারা পরীক্ষামূলকভাবে নির্ধারণ করা হয়েছিল।
গবেষণায় দেখা গেছে যে অতিরিক্ত তাপীয় প্রক্রিয়াকরণ ছাড়া UAM বন্ধন ইন্টারফেসে খুব কম মৌলীয় ব্যাপন ঘটে 46, 47, তাই এই কাজের ডিভাইসগুলির ক্ষেত্রে, Cu-110 স্তরটি Al 6061 স্তর থেকে পৃথক থাকে এবং আকস্মিকভাবে পরিবর্তিত হয়।
রিঅ্যাক্টরের আউটলেটে একটি প্রি-ক্যালিব্রেটেড ২৫০ পিএসআই (১৭২৪ কেপিএ) ব্যাক প্রেশার রেগুলেটর (বিপিআর) ইনস্টল করুন এবং প্রতি মিনিটে ০.১ থেকে ১ মিলিলিটার হারে রিঅ্যাক্টরের মধ্য দিয়ে পানি পাম্প করুন। সিস্টেমটি একটি স্থির চাপ বজায় রাখতে পারে কিনা তা যাচাই করার জন্য ফ্লোসিন-এর বিল্ট-ইন সিস্টেম প্রেশার সেন্সর ব্যবহার করে রিঅ্যাক্টরের চাপ পর্যবেক্ষণ করা হয়েছিল। রিঅ্যাক্টরের অভ্যন্তরে এবং ফ্লোসিন চিপ হিটিং প্লেটের অভ্যন্তরে থাকা থার্মোকাপলগুলোর মধ্যে কোনো পার্থক্য শনাক্ত করার মাধ্যমে ফ্লো রিঅ্যাক্টর জুড়ে সম্ভাব্য তাপমাত্রার তারতম্য পরীক্ষা করা হয়েছিল। এটি করার জন্য, প্রোগ্রামেবল হটপ্লেটের তাপমাত্রা ১০০ থেকে ১৫০ °C-এর মধ্যে ২৫ °C করে বাড়ানো-কমানো হয় এবং প্রোগ্রাম করা ও রেকর্ড করা তাপমাত্রার মধ্যে কোনো পার্থক্য থাকলে তা লক্ষ্য করা হয়। এই কাজটি একটি টিসি-০৮ ডেটা লগার (পিকোটেক, কেমব্রিজ, ইউকে) এবং এর সাথে থাকা পিকোলগ সফটওয়্যার ব্যবহার করে সম্পন্ন করা হয়েছিল।
ফেনাইলঅ্যাসিটিলিন এবং আয়োডোইথেনের সাইক্লোঅ্যাডিশন বিক্রিয়ার শর্তাবলী অপ্টিমাইজ করা হয়েছিল (স্কিম ১- ফেনাইলঅ্যাসিটিলিন এবং আয়োডোইথেনের সাইক্লোঅ্যাডিশন)। এই অপ্টিমাইজেশনটি একটি ফুল ফ্যাক্টোরিয়াল ডিজাইন অফ এক্সপেরিমেন্টস (DOE) পদ্ধতির মাধ্যমে সম্পন্ন করা হয়েছিল, যেখানে তাপমাত্রা এবং রেসিডেন্স টাইমকে পরিবর্তনশীল প্যারামিটার হিসেবে ব্যবহার করা হয়েছে এবং অ্যালকাইন:অ্যাজাইড অনুপাত ১:২-তে স্থির রাখা হয়েছে।
সোডিয়াম অ্যাজাইড (০.২৫ M, ৪:১ DMF:H2O), আয়োডোইথেন (০.২৫ M, DMF), এবং ফিনাইলঅ্যাসিটিলিন (০.১২৫ M, DMF)-এর পৃথক দ্রবণ প্রস্তুত করা হয়েছিল। প্রতিটি দ্রবণের ১.৫ mL পরিমাণ নিয়ে মিশ্রিত করা হয়েছিল এবং কাঙ্ক্ষিত প্রবাহ হার ও তাপমাত্রায় রিয়্যাক্টরের মধ্যে দিয়ে পাম্প করা হয়েছিল। মডেলের প্রতিক্রিয়া হিসেবে ট্রায়াজোল উৎপাদ এবং প্রারম্ভিক ফিনাইলঅ্যাসিটিলিনের পিক এরিয়া অনুপাতকে ধরা হয়েছিল এবং এটি হাই পারফরম্যান্স লিকুইড ক্রোমাটোগ্রাফি (HPLC) দ্বারা নির্ণয় করা হয়েছিল। বিশ্লেষণের সামঞ্জস্যতা বজায় রাখার জন্য, বিক্রিয়া মিশ্রণটি রিয়্যাক্টর থেকে বের হওয়ার ঠিক পরেই সমস্ত বিক্রিয়া থেকে নমুনা সংগ্রহ করা হয়েছিল। অপটিমাইজেশনের জন্য নির্বাচিত প্যারামিটার পরিসরগুলো সারণি ২-এ দেখানো হয়েছে।
সমস্ত নমুনা একটি ক্রোমাস্টার এইচপিএলসি সিস্টেম (ভিডব্লিউআর, পিএ, ইউএসএ) ব্যবহার করে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল, যা একটি কোয়াটারনারি পাম্প, কলাম ওভেন, পরিবর্তনশীল তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ইউভি ডিটেক্টর এবং অটোস্যাম্পলার নিয়ে গঠিত। কলামটি ছিল একটি ইকুইভ্যালেন্স ৫ সি১৮ (ভিডব্লিউআর, পিএ, ইউএসএ), যার আকার ছিল ৪.৬ × ১০০ মিমি, কণার আকার ছিল ৫ µm এবং এটি ৪০ °C তাপমাত্রায় রাখা হয়েছিল। দ্রাবকটি ছিল আইসোক্র্যাটিক ৫০:৫০ মিথানল:পানি, যার প্রবাহের হার ছিল ১.৫ মিলি.মিনিট⁻¹। ইনজেকশনের পরিমাণ ছিল ৫ µL এবং ডিটেক্টরের তরঙ্গদৈর্ঘ্য ছিল ২৫৪ nm। ডিওই (DOE) নমুনার জন্য % পিক এরিয়া শুধুমাত্র অবশিষ্ট অ্যালকাইন এবং ট্রায়াজোল উৎপাদের পিক এরিয়া থেকে গণনা করা হয়েছিল। প্রারম্ভিক উপাদান ইনজেকশনের মাধ্যমে প্রাসঙ্গিক পিকগুলো শনাক্ত করা সম্ভব হয়।
রিঅ্যাক্টর বিশ্লেষণের আউটপুটকে MODDE DOE সফটওয়্যারের (Umetrics, Malmö, Sweden) সাথে সংযুক্ত করার মাধ্যমে ফলাফলের প্রবণতার পুঙ্খানুপুঙ্খ বিশ্লেষণ এবং এই সাইক্লোঅ্যাডিশন বিক্রিয়ার জন্য সর্বোত্তম বিক্রিয়া পরিস্থিতি নির্ধারণ করা সম্ভব হয়েছে। বিল্ট-ইন অপটিমাইজারটি চালিয়ে এবং সমস্ত গুরুত্বপূর্ণ মডেল টার্ম নির্বাচন করার ফলে এমন এক সেট বিক্রিয়া পরিস্থিতি পাওয়া যায়, যা উৎপাদের পিক এরিয়া সর্বাধিক করার পাশাপাশি অ্যাসিটিলিন স্টার্টিং মেটেরিয়ালের পিক এরিয়া হ্রাস করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে।
প্রতিটি ট্রায়াজোল যৌগ লাইব্রেরি সংশ্লেষণের পূর্বে, অনুঘটকীয় বিক্রিয়া প্রকোষ্ঠের অভ্যন্তরে পৃষ্ঠের তামার জারণ সম্পন্ন করা হয়েছিল বিক্রিয়া প্রকোষ্ঠের মধ্য দিয়ে প্রবাহিত হাইড্রোজেন পারক্সাইডের (৩৬%) দ্রবণ ব্যবহার করে (প্রবাহের হার = ০.৪ মিলি/মিনিট, অবস্থানকাল = ২.৫ মিনিট)।
একবার সর্বোত্তম শর্তাবলী চিহ্নিত করা হলে, সেগুলিকে বিভিন্ন অ্যাসিটিলিন এবং হ্যালোঅ্যালকেন ডেরিভেটিভের উপর প্রয়োগ করা হয়েছিল, যাতে একটি ছোট লাইব্রেরি সংশ্লেষণ সংকলন করা যায়। এর মাধ্যমে, এই শর্তাবলীকে আরও বিস্তৃত সম্ভাব্য বিকারকের উপর প্রয়োগ করার ক্ষমতা প্রতিষ্ঠিত হয় (চিত্র 1).2)।
সোডিয়াম অ্যাজাইড (০.২৫ M, ৪:১ DMF:H2O), হ্যালোঅ্যালকেন (০.২৫ M, DMF) এবং অ্যালকাইন (০.১২৫ M, DMF)-এর পৃথক দ্রবণ প্রস্তুত করুন। প্রতিটি দ্রবণের ৩ mL অ্যালিকোট মিশ্রিত করে ৭৫ µL.min-1 হারে এবং ১৫০ °C তাপমাত্রায় রিয়্যাক্টরের মধ্যে দিয়ে পাম্প করা হয়েছিল। মোট আয়তন একটি ভায়ালে সংগ্রহ করে ১০ mL ইথাইল অ্যাসিটেট দিয়ে লঘু করা হয়েছিল। নমুনা দ্রবণটি ৩ × ১০ mL জল দিয়ে ধৌত করা হয়েছিল। জলীয় স্তরগুলি একত্রিত করে ১০ mL ইথাইল অ্যাসিটেট দিয়ে নিষ্কাশন করা হয়েছিল। এরপর জৈব স্তরগুলোকে একত্রিত করে, ৩ x ১০ মিলি ব্রাইন দিয়ে ধুয়ে, MgSO4-এর উপর শুকিয়ে ফিল্টার করা হয় এবং তারপর ভ্যাকুয়ামে দ্রাবকটি অপসারণ করা হয়। HPLC, 1H NMR, 13C NMR এবং হাই রেজোলিউশন মাস স্পেকট্রোমেট্রি (HR-MS)-এর সমন্বয়ে বিশ্লেষণের পূর্বে, নমুনাগুলোকে ইথাইল অ্যাসিটেট ব্যবহার করে সিলিকা জেলের উপর কলাম ক্রোমাটোগ্রাফির মাধ্যমে বিশুদ্ধ করা হয়।
আয়নীকরণ উৎস হিসেবে ESI সহ একটি থার্মোফিশার প্রিসিশন অরবিটরাপ রেজোলিউশন মাস স্পেকট্রোমিটার ব্যবহার করে সমস্ত স্পেকট্রা সংগ্রহ করা হয়েছিল। সমস্ত নমুনা দ্রাবক হিসেবে অ্যাসিটোনাইট্রাইল ব্যবহার করে প্রস্তুত করা হয়েছিল।
অ্যালুমিনিয়াম-সমর্থিত সিলিকা প্লেটে টিএলসি বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। প্লেটগুলিকে ইউভি আলো (২৫৪ এনএম) অথবা ভ্যানিলিন স্টেইনিং এবং উত্তাপের মাধ্যমে দৃশ্যমান করা হয়েছিল।
সমস্ত নমুনা একটি অটোস্যাম্পলার, কলাম ওভেন বাইনারি পাম্প এবং একক তরঙ্গদৈর্ঘ্যের ডিটেক্টরযুক্ত VWR ক্রোমাস্টার (VWR ইন্টারন্যাশনাল লিমিটেড, লেইটন বাজার্ড, ইউকে) সিস্টেম ব্যবহার করে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। ব্যবহৃত কলামটি ছিল একটি ACE ইকুইভ্যালেন্স 5 C18 (150 × 4.6 মিমি, অ্যাডভান্সড ক্রোমাটোগ্রাফি টেকনোলজিস লিমিটেড, অ্যাবারডিন, স্কটল্যান্ড)।
পাতলা করা অপরিশোধিত বিক্রিয়া মিশ্রণ (১:১০ অনুপাতে পাতলা করা) থেকে সরাসরি ৫ মাইক্রোলিটার (µL) ইনজেকশন দেওয়া হয়েছিল এবং পানি:মিথানল (৫০:৫০ বা ৭০:৩০) দ্রাবক ব্যবহার করে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। তবে কিছু নমুনার ক্ষেত্রে ৭০:৩০ দ্রাবক পদ্ধতি (যা একটি তারকা চিহ্ন দ্বারা চিহ্নিত) ব্যবহার করা হয়েছিল। বিশ্লেষণের প্রবাহ হার ছিল ১.৫ মিলি/মিনিট। কলামটি ৪০ ডিগ্রি সেলসিয়াসে রাখা হয়েছিল। ডিটেক্টরের তরঙ্গদৈর্ঘ্য ছিল ২৫৪ ন্যানোমিটার।
অবশিষ্ট অ্যালকাইন ও শুধুমাত্র ট্রায়াজোল উৎপাদের পিক এরিয়া থেকে নমুনাটির % পিক এরিয়া গণনা করা হয়েছিল এবং প্রারম্ভিক উপাদানটির ইনজেকশন প্রাসঙ্গিক পিকগুলো শনাক্ত করতে সাহায্য করেছিল।
সমস্ত নমুনা একটি Thermo iCAP 6000 ICP-OES ব্যবহার করে বিশ্লেষণ করা হয়েছিল। সমস্ত ক্যালিব্রেশন স্ট্যান্ডার্ড ২% নাইট্রিক অ্যাসিডে (SPEX Certi Prep) ১০০০ পিপিএম কপার স্ট্যান্ডার্ড দ্রবণ ব্যবহার করে প্রস্তুত করা হয়েছিল। সমস্ত স্ট্যান্ডার্ড ৫% ডিএমএফ এবং ২% এইচএনও৩ দ্রবণে প্রস্তুত করা হয়েছিল, এবং সমস্ত নমুনাকে নমুনা ডিএমএফ-এইচএনও৩ দ্রবণে ২০ গুণ লঘু করা হয়েছিল।
চূড়ান্ত অ্যাসেম্বলি তৈরির জন্য ব্যবহৃত মেটাল ফয়েল উপাদানকে সংযুক্ত করার কৌশল হিসেবে ইউএএম আল্ট্রাসনিক মেটাল ওয়েল্ডিং ব্যবহার করে। আল্ট্রাসনিক মেটাল ওয়েল্ডিং-এ একটি কম্পনশীল ধাতব যন্ত্র (হর্ন বা আল্ট্রাসনিক হর্ন নামে পরিচিত) ব্যবহার করা হয়, যা উপাদানটিকে কম্পিত করার সময় সংযুক্ত করার জন্য ফয়েল স্তর/পূর্বে সংহত স্তরের উপর চাপ প্রয়োগ করে। অবিচ্ছিন্ন অপারেশনের জন্য, সোনোট্রোডটি নলাকার হয় এবং উপাদানের পৃষ্ঠের উপর দিয়ে গড়িয়ে গিয়ে পুরো এলাকাটিকে সংযুক্ত করে। যখন চাপ এবং কম্পন প্রয়োগ করা হয়, তখন উপাদানের পৃষ্ঠের অক্সাইডগুলিতে ফাটল ধরতে পারে। ক্রমাগত চাপ এবং কম্পনের ফলে উপাদানের অমসৃণতা ভেঙে যেতে পারে। এরপর স্থানীয়ভাবে সৃষ্ট তাপ এবং চাপের সাথে ঘনিষ্ঠ সংস্পর্শ উপাদানের ইন্টারফেসে সলিড-স্টেট বন্ডিং ঘটায়। এটি পৃষ্ঠশক্তির পরিবর্তনের মাধ্যমে আনুগত্যে সহায়তা করতে পারে। এই বন্ধন পদ্ধতির প্রকৃতি অন্যান্য অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং কৌশলগুলিতে উল্লিখিত পরিবর্তনশীল গলনাঙ্ক এবং উচ্চ তাপমাত্রার পরবর্তী প্রভাবগুলির সাথে সম্পর্কিত অনেক সমস্যা কাটিয়ে ওঠে। এটি বিভিন্ন উপকরণের একাধিক স্তরকে সরাসরি (অর্থাৎ, পৃষ্ঠের পরিবর্তন, ফিলার বা আঠা ছাড়াই) একটি একক সংহত কাঠামোতে সংযুক্ত করার সুযোগ দেয়।
UAM-এর জন্য দ্বিতীয় একটি অনুকূল বিষয় হলো ধাতব পদার্থে পরিলক্ষিত উচ্চ মাত্রার প্লাস্টিক প্রবাহ, যা নিম্ন তাপমাত্রাতেও, অর্থাৎ ধাতব পদার্থের গলনাঙ্কের অনেক নিচেও দেখা যায়। আল্ট্রাসনিক কম্পন এবং চাপের সংমিশ্রণ, প্রথাগতভাবে বাল্ক পদার্থের সাথে যুক্ত বৃহৎ তাপমাত্রা বৃদ্ধি ছাড়াই, উচ্চ মাত্রার স্থানীয় গ্রেইন বাউন্ডারি মাইগ্রেশন এবং পুনঃস্ফটিকীকরণ ঘটায়। চূড়ান্ত অ্যাসেম্বলি তৈরির সময়, এই ঘটনাটিকে কাজে লাগিয়ে ধাতব ফয়েলের স্তরগুলোর মধ্যে সক্রিয় এবং নিষ্ক্রিয় উপাদানগুলোকে স্তর-পর-স্তর স্থাপন করা যেতে পারে। অপটিক্যাল ফাইবার 49, রিইনফোর্সমেন্ট 46, ইলেকট্রনিক্স 50, এবং থার্মোকাপলের (এই কাজ) মতো উপাদানগুলোকে সক্রিয় এবং নিষ্ক্রিয় কম্পোজিট অ্যাসেম্বলি তৈরি করার জন্য সফলভাবে UAM কাঠামোতে স্থাপন করা হয়েছে।
এই গবেষণায়, সর্বোৎকৃষ্ট অনুঘটকীয় তাপমাত্রা পর্যবেক্ষণকারী মাইক্রোরিঅ্যাক্টর তৈরি করার জন্য UAM-এর বিভিন্ন উপাদান বন্ধন এবং ইন্টারক্যালেশন উভয় সম্ভাবনাকেই কাজে লাগানো হয়েছে।
প্যালাডিয়াম (Pd) এবং অন্যান্য সাধারণভাবে ব্যবহৃত ধাতব অনুঘটকের তুলনায়, কপার (Cu) অনুঘটনের বেশ কিছু সুবিধা রয়েছে: (i) অর্থনৈতিকভাবে, অনুঘটনে ব্যবহৃত অন্যান্য অনেক ধাতুর তুলনায় কপার কম ব্যয়বহুল এবং তাই রাসায়নিক প্রক্রিয়াজাতকরণ শিল্পের জন্য এটি একটি আকর্ষণীয় বিকল্প (ii) কপার-অনুঘটিত ক্রস-কাপলিং বিক্রিয়ার পরিসর বাড়ছে এবং এটি প্যালাডিয়াম-ভিত্তিক পদ্ধতির কিছুটা পরিপূরক বলে মনে হচ্ছে51,52,53 (iii) কপার-অনুঘটিত বিক্রিয়া অন্যান্য লিগ্যান্ডের অনুপস্থিতিতেও ভালোভাবে কাজ করে, এই লিগ্যান্ডগুলি প্রায়শই কাঠামোগতভাবে সরল এবং চাইলে সস্তা হয়, যেখানে প্যালাডিয়াম রসায়নে ব্যবহৃত লিগ্যান্ডগুলি প্রায়শই জটিল, ব্যয়বহুল এবং বায়ু-সংবেদনশীল (iv) কপার, বিশেষত সংশ্লেষণে অ্যালকাইনকে আবদ্ধ করার ক্ষমতার জন্য পরিচিত, উদাহরণস্বরূপ, বাইমেটালিক-অনুঘটিত সোনোগাশিরা কাপলিং এবং অ্যাজাইডের সাথে সাইক্লোঅ্যাডিশন (ক্লিক কেমিস্ট্রি) (v) কপার উলম্যান-ধরনের বিক্রিয়ায় বিভিন্ন নিউক্লিওফাইলের অ্যারাইলেশনকেও ত্বরান্বিত করতে সক্ষম।
সম্প্রতি Cu(0) এর উপস্থিতিতে এই সমস্ত বিক্রিয়ার হেটেরোজেনাইজেশনের উদাহরণ দেখানো হয়েছে। এর প্রধান কারণ হল ফার্মাসিউটিক্যাল শিল্প এবং ধাতু অনুঘটক পুনরুদ্ধার এবং পুনঃব্যবহারের উপর ক্রমবর্ধমান মনোযোগ55,56।
১৯৬০-এর দশকে হুইসগেন কর্তৃক প্রবর্তিত৫৭, অ্যাসিটিলিন এবং অ্যাজাইডের মধ্যে ১,২,৩-ট্রায়াজোলের সাথে ১,৩-ডিপোলার সাইক্লোঅ্যাডিশন বিক্রিয়াটিকে একটি সিনারজিস্টিক ডেমোনস্ট্রেশন বিক্রিয়া হিসেবে বিবেচনা করা হয়। ফলস্বরূপ প্রাপ্ত ১,২,৩-ট্রায়াজোল অংশগুলি তাদের জৈবিক প্রয়োগ এবং বিভিন্ন থেরাপিউটিক এজেন্টে ব্যবহারের কারণে ঔষধ আবিষ্কারের ক্ষেত্রে ফার্মাকোফোর হিসেবে বিশেষভাবে আগ্রহের বিষয় 58।
শার্পলেস এবং অন্যান্যরা যখন "ক্লিক কেমিস্ট্রি"৫৯-এর ধারণা প্রবর্তন করেন, তখন এই বিক্রিয়াটি পুনরায় আলোচনার কেন্দ্রবিন্দুতে আসে। "ক্লিক কেমিস্ট্রি" শব্দটি হেটেরোঅ্যাটম লিঙ্কেজ (CXC)৬০-এর মাধ্যমে নতুন যৌগ এবং কম্বিনেটোরিয়াল লাইব্রেরির দ্রুত সংশ্লেষণের জন্য একগুচ্ছ শক্তিশালী, নির্ভরযোগ্য এবং নির্বাচনী বিক্রিয়াকে বর্ণনা করতে ব্যবহৃত হয়। এই বিক্রিয়াগুলির সংশ্লেষণগত আকর্ষণের কারণ হলো এদের উচ্চ ফলন, সরল বিক্রিয়া পরিস্থিতি, অক্সিজেন ও জল প্রতিরোধ ক্ষমতা এবং উৎপাদ পৃথকীকরণের সরলতা৬১।
ক্লাসিক্যাল হুইসগেন ১,৩-ডাইপোলার সাইক্লোঅ্যাডিশন “ক্লিক কেমিস্ট্রি”-র শ্রেণীতে পড়ে না। তবে, মেডেল এবং শার্পলেস দেখিয়েছেন যে, অনুঘটকবিহীন ১,৩-ডাইপোলার সাইক্লোঅ্যাডিশন ৬২,৬৩-এর তুলনায় Cu(I)-এর উপস্থিতিতে এই অ্যাজাইড-অ্যালকাইন কাপলিং ঘটনাটি ১০৭ থেকে ১০৮-এ উল্লেখযোগ্যভাবে ত্বরান্বিত হয়। এই উন্নত বিক্রিয়া কৌশলের জন্য কোনো প্রতিরক্ষামূলক গ্রুপ বা কঠোর বিক্রিয়া পরিস্থিতির প্রয়োজন হয় না এবং এটি একটি নির্দিষ্ট সময়সীমার মধ্যে ১,৪-ডাইসাবস্টিটিউটেড ১,২,৩-ট্রায়াজোল (অ্যান্টি-১,২,৩-ট্রায়াজোল)-এর প্রায় সম্পূর্ণ রূপান্তর এবং সিলেক্টিভিটি প্রদান করে (চিত্র ৩)।
প্রচলিত এবং কপার-অনুঘটিত হুইসজেন সাইক্লোঅ্যাডিশনের আইসোমেট্রিক ফলাফল। Cu(I)-অনুঘটিত হুইসজেন সাইক্লোঅ্যাডিশনে শুধুমাত্র 1,4-দ্বিপ্রতিস্থাপিত 1,2,3-ট্রায়াজোল উৎপন্ন হয়, অপরদিকে তাপীয়ভাবে প্ররোচিত হুইসজেন সাইক্লোঅ্যাডিশনে সাধারণত 1,4- এবং 1,5-ট্রায়াজোল এবং অ্যাজোলের স্টিরিওআইসোমারের 1:1 মিশ্রণ উৎপন্ন হয়।
বেশিরভাগ প্রোটোকলে স্থিতিশীল Cu(II) উৎসের বিজারণ জড়িত, যেমন CuSO4 এর বিজারণ অথবা সোডিয়াম লবণের সাথে Cu(II)/Cu(0) প্রজাতির সহ-সংমিশ্রণ। অন্যান্য ধাতু-অনুঘটক বিক্রিয়ার তুলনায়, Cu(I) ব্যবহারের প্রধান সুবিধা হলো এটি সস্তা এবং পরিচালনা করা সহজ।
ওরেল এট আল. 65 দ্বারা পরিচালিত গতিবিদ্যা এবং আইসোটোপিক লেবেলিং গবেষণায় দেখা গেছে যে, টার্মিনাল অ্যালকাইনের ক্ষেত্রে, অ্যাজাইডের প্রতি প্রতিটি অণুর বিক্রিয়াশীলতা সক্রিয় করতে দুই সমতুল্য তামা জড়িত থাকে। প্রস্তাবিত প্রক্রিয়াটি একটি ছয়-সদস্যের তামার ধাতব বলয়ের মাধ্যমে অগ্রসর হয়, যা π-বন্ধনযুক্ত তামা একটি স্থিতিশীল দাতা লিগ্যান্ড হিসাবে কাজ করে এবং σ-বন্ধনযুক্ত কপার অ্যাসিটাইলাইডের সাথে অ্যাজাইডের সমন্বয়ের মাধ্যমে গঠিত হয়। বলয় সংকোচনের মাধ্যমে ট্রায়াজোলিল কপার ডেরিভেটিভ তৈরি হয়, যার পরে প্রোটন বিয়োজনের মাধ্যমে ট্রায়াজোল উৎপাদ তৈরি হয় এবং অনুঘটকীয় চক্রটি সম্পূর্ণ হয়।
ফ্লো কেমিস্ট্রি ডিভাইসের সুবিধাগুলি সুপ্রতিষ্ঠিত হলেও, ইন-লাইন, ইন-সিটু, প্রক্রিয়া পর্যবেক্ষণের জন্য এই সিস্টেমগুলিতে বিশ্লেষণাত্মক সরঞ্জামগুলিকে একীভূত করার একটি আকাঙ্ক্ষা ছিল৬৬,৬৭। UAM অনুঘটকীয়ভাবে সক্রিয়, তাপ পরিবাহী পদার্থ দিয়ে তৈরি এবং সরাসরি এমবেডেড সেন্সিং উপাদান সহ অত্যন্ত জটিল 3D ফ্লো রিঅ্যাক্টর ডিজাইন এবং উৎপাদনের জন্য একটি উপযুক্ত পদ্ধতি হিসাবে প্রমাণিত হয়েছে (চিত্র 4)।
জটিল অভ্যন্তরীণ চ্যানেল কাঠামো, সন্নিহিত থার্মোকাপল এবং অনুঘটকীয় বিক্রিয়া চেম্বার সহ আল্ট্রাসনিক অ্যাডিটিভ ম্যানুফ্যাকচারিং (UAM) পদ্ধতিতে নির্মিত অ্যালুমিনিয়াম-কপার ফ্লো রিঅ্যাক্টর। অভ্যন্তরীণ তরল প্রবাহপথগুলো দেখার জন্য, স্টেরিওলিথোগ্রাফি ব্যবহার করে নির্মিত একটি স্বচ্ছ প্রোটোটাইপও দেখানো হয়েছে।
রিঅ্যাক্টরগুলো ভবিষ্যতের জৈব বিক্রিয়ার জন্য উপযুক্ত কিনা তা নিশ্চিত করতে, দ্রাবকগুলোকে স্ফুটনাঙ্কের উপরে নিরাপদে উত্তপ্ত করতে হয়; এগুলোর চাপ ও তাপমাত্রা পরীক্ষা করা হয়। চাপ পরীক্ষায় দেখা গেছে যে, সিস্টেমের চাপ বৃদ্ধি পেলেও (১.৭ MPa) এটি একটি স্থিতিশীল ও স্থির চাপ বজায় রাখে। হাইড্রোস্ট্যাটিক পরীক্ষাটি কক্ষ তাপমাত্রায় তরল হিসেবে H2O ব্যবহার করে করা হয়েছিল।
এমবেডেড (চিত্র ১) থার্মোকাপলটিকে টেম্পারেচার ডেটা লগারের সাথে সংযুক্ত করে দেখা গেছে যে, থার্মোকাপলটি ফ্লোসিন সিস্টেমে প্রোগ্রাম করা তাপমাত্রার চেয়ে ৬ °C (± ১ °C) শীতল ছিল। সাধারণত, তাপমাত্রা ১০ °C বৃদ্ধি পেলে বিক্রিয়ার হার দ্বিগুণ হয়ে যায়, তাই মাত্র কয়েক ডিগ্রির তাপমাত্রার পার্থক্য বিক্রিয়ার হারকে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তন করতে পারে। এই পার্থক্যটি উৎপাদন প্রক্রিয়ায় ব্যবহৃত উপকরণগুলির উচ্চ তাপীয় ব্যাপনশীলতার কারণে রিয়্যাক্টরের পুরো অংশ জুড়ে তাপমাত্রার ক্ষয়ের ফলে ঘটে। এই তাপীয় বিচ্যুতি সামঞ্জস্যপূর্ণ এবং তাই বিক্রিয়ার সময় সঠিক তাপমাত্রা অর্জন ও পরিমাপ নিশ্চিত করার জন্য যন্ত্রপাতির সেটআপে এটি বিবেচনা করা যেতে পারে। অতএব, এই অনলাইন মনিটরিং টুলটি বিক্রিয়ার তাপমাত্রার উপর কঠোর নিয়ন্ত্রণ এবং আরও সঠিক প্রক্রিয়া অপ্টিমাইজেশন ও সর্বোত্তম অবস্থার উন্নয়নে সহায়তা করে। এই সেন্সরগুলি বিক্রিয়ার তাপোৎপাদী প্রক্রিয়া শনাক্ত করতে এবং বৃহৎ আকারের সিস্টেমে অনিয়ন্ত্রিত বিক্রিয়া প্রতিরোধ করতেও ব্যবহার করা যেতে পারে।
এই গবেষণাপত্রে উপস্থাপিত রিয়্যাক্টরটি রাসায়নিক রিয়্যাক্টর তৈরিতে ইউএএম (UAM) প্রযুক্তির প্রয়োগের প্রথম উদাহরণ এবং এটি বর্তমানে এই ডিভাইসগুলির এএম/থ্রিডি (AM/3D) প্রিন্টিং-এর সাথে যুক্ত বেশ কিছু প্রধান সীমাবদ্ধতা দূর করে, যেমন: (i) তামা বা অ্যালুমিনিয়াম সংকর ধাতু প্রক্রিয়াকরণ সম্পর্কিত উল্লিখিত সমস্যাগুলি কাটিয়ে ওঠা (ii) সিলেক্টিভ লেজার মেল্টিং (SLM)25,69-এর মতো পাউডার বেড ফিউশন (PBF) কৌশলের তুলনায় উন্নত অভ্যন্তরীণ চ্যানেল রেজোলিউশন, দুর্বল উপাদান প্রবাহ এবং অমসৃণ পৃষ্ঠতল গঠন26 (iii) প্রক্রিয়াকরণের তাপমাত্রা হ্রাস, যা সেন্সরগুলির সরাসরি বন্ধনকে সহজতর করে, যা পাউডার বেড প্রযুক্তিতে সম্ভব নয়, (v) পলিমার-ভিত্তিক উপাদানগুলির দুর্বল যান্ত্রিক বৈশিষ্ট্য এবং বিভিন্ন সাধারণ জৈব দ্রাবকের প্রতি সংবেদনশীলতা17,19 কাটিয়ে ওঠা।
ক্রমাগত প্রবাহের অধীনে তামা-অনুঘটকযুক্ত অ্যালকাইন অ্যাজাইড সাইক্লোঅ্যাডিশন বিক্রিয়ার একটি সিরিজের মাধ্যমে রিয়্যাক্টরটির কার্যকারিতা প্রদর্শন করা হয়েছিল (চিত্র ২)। চিত্র ৪-এ বিস্তারিতভাবে বর্ণিত আল্ট্রাসনিক-প্রিন্টেড তামার রিয়্যাক্টরটি একটি বাণিজ্যিক প্রবাহ ব্যবস্থার সাথে সংযুক্ত করা হয়েছিল এবং সোডিয়াম ক্লোরাইডের উপস্থিতিতে অ্যাসিটিলিন এবং অ্যালকাইল গ্রুপ হ্যালাইডের তাপমাত্রা-নিয়ন্ত্রিত বিক্রিয়ার মাধ্যমে বিভিন্ন ১,৪-ডাইসাবস্টিটিউটেড ১,২,৩-ট্রায়াজোলের লাইব্রেরি অ্যাজাইড সংশ্লেষণ করতে ব্যবহৃত হয়েছিল (চিত্র ৩)। ক্রমাগত প্রবাহ পদ্ধতির ব্যবহার ব্যাচ প্রক্রিয়ায় উদ্ভূত হতে পারে এমন নিরাপত্তা উদ্বেগ প্রশমিত করে, কারণ এই বিক্রিয়া অত্যন্ত সক্রিয় এবং বিপজ্জনক অ্যাজাইড মধ্যবর্তী যৌগ তৈরি করে [317], [318]। প্রাথমিকভাবে, বিক্রিয়াটি ফিনাইলঅ্যাসিটিলিন এবং আয়োডোইথেনের সাইক্লোঅ্যাডিশনের জন্য অপ্টিমাইজ করা হয়েছিল (স্কিম ১ – ফিনাইলঅ্যাসিটিলিন এবং আয়োডোইথেনের সাইক্লোঅ্যাডিশন) (চিত্র ৫ দেখুন)।
(উপরে বামে) ফিনাইলঅ্যাসিটিলিন এবং আয়োডোইথেনের মধ্যে হুইসগেন সাইক্লোঅ্যাডিশন ৫৭ স্কিমের অপ্টিমাইজেশনের জন্য প্রাপ্ত অপ্টিমাইজড (নীচে) স্কিম থেকে প্রাপ্ত ফ্লো সিস্টেমে (উপরে ডানে) 3DP রিয়্যাক্টরকে অন্তর্ভুক্ত করতে ব্যবহৃত সেটআপের স্কিম্যাটিক এবং অপ্টিমাইজড প্যারামিটার ও বিক্রিয়া রূপান্তর হার প্রদর্শন করছে।
রিঅ্যাক্টরের অনুঘটক অংশে বিক্রিয়কগুলির অবস্থানকাল নিয়ন্ত্রণ করে এবং সরাসরি সংযুক্ত একটি থার্মোকাপল প্রোবের সাহায্যে বিক্রিয়ার তাপমাত্রা নিবিড়ভাবে পর্যবেক্ষণ করে, ন্যূনতম সময় ও উপকরণ ব্যয়ে বিক্রিয়ার শর্তাবলী দ্রুত ও নির্ভুলভাবে অপ্টিমাইজ করা যায়। দ্রুতই এটি নির্ধারিত হয়েছিল যে, ১৫ মিনিটের অবস্থানকাল এবং ১৫০ °C বিক্রিয়ার তাপমাত্রা ব্যবহার করলে সর্বোচ্চ রূপান্তর পাওয়া যায়। MODDE সফটওয়্যারের কো-এফিশিয়েন্ট প্লট থেকে দেখা যায় যে, অবস্থানকাল এবং বিক্রিয়ার তাপমাত্রা উভয়কেই গুরুত্বপূর্ণ মডেল টার্ম হিসেবে বিবেচনা করা হয়। এই নির্বাচিত টার্মগুলো ব্যবহার করে বিল্ট-ইন অপ্টিমাইজারটি চালালে এমন এক সেট বিক্রিয়ার শর্তাবলী তৈরি হয়, যা উৎপাদের পিক এরিয়া সর্বাধিক করার পাশাপাশি কাঁচামালের পিক এরিয়া হ্রাস করার জন্য ডিজাইন করা হয়েছে। এই অপ্টিমাইজেশনের ফলে ট্রায়াজোল উৎপাদের ৫৩% রূপান্তর পাওয়া যায়, যা মডেলের ৫৪% পূর্বাভাসের সাথে প্রায় মিলে যায়।
সাহিত্যে দেখা গেছে যে এই বিক্রিয়াগুলিতে শূন্য-যোজী তামার পৃষ্ঠে কপার(I) অক্সাইড (Cu2O) একটি কার্যকর অনুঘটক প্রজাতি হিসাবে কাজ করতে পারে, তাই প্রবাহে বিক্রিয়া চালানোর আগে বিক্রিয়কের পৃষ্ঠকে প্রাক-জারিত করার ক্ষমতা তদন্ত করা হয়েছিল70,71। তারপরে ফিনাইলঅ্যাসিটিলিন এবং আয়োডোইথেনের মধ্যে বিক্রিয়াটি সর্বোত্তম পরিস্থিতিতে আবার করা হয়েছিল এবং ফলন তুলনা করা হয়েছিল। এটি লক্ষ্য করা গেছে যে এই প্রস্তুতির ফলে কাঁচামালের রূপান্তর উল্লেখযোগ্যভাবে বৃদ্ধি পেয়েছে, যা গণনা করে >99% পাওয়া গেছে। যাইহোক, HPLC দ্বারা পর্যবেক্ষণে দেখা গেছে যে এই রূপান্তর প্রায় 90 মিনিট পর্যন্ত অতিরিক্ত দীর্ঘ বিক্রিয়ার সময়কে উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করেছে, যার পরে কার্যকলাপ স্থিতিশীল হয়ে একটি "স্থির অবস্থায়" পৌঁছেছে বলে মনে হয়। এই পর্যবেক্ষণ থেকে বোঝা যায় যে অনুঘটকীয় কার্যকলাপের উৎস শূন্য-যোজী তামার সাবস্ট্রেটের পরিবর্তে পৃষ্ঠের কপার অক্সাইড থেকে আসে। Cu ধাতু ঘরের তাপমাত্রায় সহজেই জারিত হয়ে CuO এবং Cu2O তৈরি করে যা স্ব-সুরক্ষামূলক স্তর নয়। এটি সহ-গঠনের জন্য একটি সহায়ক কপার(II) উৎস যোগ করার প্রয়োজনীয়তা দূর করে71।