Хвала вам што сте посетили Nature.com. Верзија прегледача коју користите има ограничену подршку за CSS. За најбоље искуство, препоручујемо вам да користите ажурирани прегледач (или да онемогућите режим компатибилности у Internet Explorer-у). У међувремену, како бисмо осигурали континуирану подршку, приказиваћемо сајт без стилова и JavaScript-а.
Вртешка која приказује три слајда истовремено. Користите дугмад Претходно и Следеће да бисте се кретали кроз три слајда истовремено или користите клизаче на крају да бисте се кретали кроз три слајда истовремено.
Адитивна производња мења начин на који истраживачи и индустријалци дизајнирају и производе хемијске уређаје како би задовољили своје специфичне потребе. У овом раду извештавамо о првом примеру проточног реактора формираног ултразвучном адитивном производњом (UAM) ламинацијом чврстог металног лима са директно интегрисаним каталитичким деловима и сензорским елементима. UAM технологија не само да превазилази многа ограничења која су тренутно повезана са адитивном производњом хемијских реактора, већ и значајно проширује могућности таквих уређаја. Бројни биолошки важни 1,4-дисупституисани 1,2,3-триазолни једињења су успешно синтетизовани и оптимизовани помоћу Cu-посредоване 1,3-диполарне Хајсгенове циклоадиционе реакције коришћењем UAM хемијског постројења. Користећи јединствена својства UAM-а и континуиране обраде протока, уређај је у стању да катализује текуће реакције, као и да обезбеди повратне информације у реалном времену за праћење и оптимизацију реакција.
Због својих значајних предности у односу на свој еквивалент у расутом стању, проточна хемија је важна и растућа област како у академским тако и у индустријским условима због своје способности да повећа селективност и ефикасност хемијске синтезе. Ово се протеже од формирања једноставних органских молекула1 до фармацеутских једињења2,3 и природних производа4,5,6. Преко 50% реакција у индустрији фине хемије и фармацеутској индустрији може имати користи од континуираног протока7.
Последњих година, постоји растући тренд група које желе да замене традиционално стаклено посуђе или опрему за проточну хемију прилагодљивим хемијским „реакторима“8. Итеративни дизајн, брза производња и тродимензионалне (3Д) могућности ових метода су корисне за оне који желе да прилагоде своје уређаје за одређени скуп реакција, уређаја или услова. До данас, овај рад се готово искључиво фокусирао на употребу техника 3Д штампања на бази полимера као што су стереолитографија (SL)9,10,11, моделирање таложењем топљењем (FDM)8,12,13,14 и инкџет штампање7,15, 16. Недостатак поузданости и способности таквих уређаја да изводе широк спектар хемијских реакција/анализа17, 18, 19, 20 је главни ограничавајући фактор за ширу примену AM у овој области17, 18, 19, 20.
Због све веће употребе проточне хемије и повољних својстава повезаних са АМ, потребно је истражити боље технике које ће омогућити корисницима да израде проточне реакционе посуде са побољшаним хемијским и аналитичким могућностима. Ове методе би требало да омогуће корисницима да бирају из низа материјала високе чврстоће или функционалних материјала способних за рад у широком опсегу реакционих услова, као и да олакшају различите облике аналитичког излаза из уређаја како би се омогућило праћење и контрола реакције.
Један процес адитивне производње који се може користити за развој прилагођених хемијских реактора је ултразвучна адитивна производња (UAM). Ова метода ламинације чврстих плоча примењује ултразвучне вибрације на танке металне фолије како би их спојила слој по слој уз минимално волуметријско загревање и висок степен пластичног течења 21, 22, 23. За разлику од већине других AM технологија, UAM се може директно интегрисати са субтрактивном производњом, познатом као хибридни производни процес, у којем периодично in-situ нумеричко управљање (CNC) глодањем или ласерском обрадом одређује нето облик слоја везаног материјала 24, 25. То значи да корисник није ограничен на проблеме повезане са уклањањем преосталог оригиналног грађевинског материјала из малих течних канала, што је често случај у прашкастим и течним системима AM26,27,28. Ова слобода дизајна се протеже и на избор доступних материјала – UAM може да спаја комбинације термички сличних и различитих материјала у једном кораку процеса. Избор комбинација материјала изван процеса топљења значи да се механички и хемијски захтеви специфичних примена могу боље испунити. Поред чврстог везивања, још један феномен који се јавља код ултразвучног везивања је висока флуидност пластичних материјала на релативно ниским температурама29,30,31,32,33. Ова јединствена карактеристика UAM-а омогућава постављање механичких/термичких елемената између металних слојева без оштећења. Уграђени UAM сензори могу олакшати испоруку информација у реалном времену са уређаја до корисника путем интегрисане аналитике.
Претходни рад аутора32 показао је способност UAM процеса да створи металне 3Д микрофлуидне структуре са уграђеним могућностима сензора. Овај уређај је намењен само за праћење. Овај чланак представља први пример микрофлуидног хемијског реактора произведеног од стране UAM-а, активног уређаја који не само да контролише већ и индукује хемијску синтезу са структурно интегрисаним каталитичким материјалима. Уређај комбинује неколико предности повезаних са UAM технологијом у производњи 3Д хемијских уређаја, као што су: могућност претварања комплетног 3Д дизајна директно из CAD модела у производ; израда више материјала за комбинацију високе топлотне проводљивости и каталитичких материјала, као и термички сензори уграђени директно између реактантних токова за прецизну контролу и управљање температуром реакције. Да би се демонстрирала функционалност реактора, библиотека фармацеутски важних 1,4-дисупституисаних 1,2,3-триазолних једињења је синтетизована бакар-катализованом 1,3-диполарном Хајсгеновом циклоадицијом. Овај рад истиче како употреба науке о материјалима и рачунарски потпомогнутог дизајна може отворити нове могућности и прилике за хемију кроз интердисциплинарна истраживања.
Сви растварачи и реагенси су купљени од Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI или Fischer Scientific и коришћени су без претходног пречишћавања. 1H и 13C NMR спектри снимљени на 400 и 100 MHz, респективно, добијени су на JEOL ECS-400 400 MHz спектрометру или Bruker Avance II 400 MHz спектрометру са CDCl3 или (CD3)2SO4 као растварачем. Све реакције су изведене коришћењем Uniqsis FlowSyn платформе за проточну хемију.
УАМ је коришћен за израду свих уређаја у овој студији. Технологија је изумљена 1999. године, а њени технички детаљи, оперативни параметри и развој од њеног проналаска могу се проучити коришћењем следећих објављених материјала34,35,36,37. Уређај (Сл. 1) је имплементиран коришћењем висококвалитетног УАМ система SonicLayer 4000® од 9 kW (Fabrisonic, Охајо, САД). Материјали изабрани за проточни уређај били су Cu-110 и Al 6061. Cu-110 има висок садржај бакра (минимум 99,9% бакра), што га чини добрим кандидатом за реакције катализоване бакром и стога се користи као „активни слој унутар микрореактора“. Al 6061 O се користи као „материјални“ материјал. , као и интеркалациони слој који се користи за анализу; интеркалација помоћних компоненти легуре и жареног стања у комбинацији са слојем Cu-110. утврђено је да је хемијски стабилан са реагенсима коришћеним у овом раду. Al 6061 O у комбинацији са Cu-110 се такође сматра компатибилном комбинацијом материјала за UAM и стога је погодан материјал за ову студију 38,42. Ови уређаји су наведени у Табели 1 испод.
Кораци израде реактора (1) Подлога од легуре алуминијума 6061 (2) Израда доњег канала од бакарне фолије (3) Уметање термоелемента између слојева (4) Горњи канал (5) Улаз и излаз (6) Монолитни реактор.
Филозофија дизајна флуидног канала је да се користи кривудава путања како би се повећала удаљеност коју флуид пређе унутар чипа, уз одржавање управљиве величине чипа. Ово повећање удаљености је пожељно ради повећања времена контакта катализатора и реактанта и обезбеђивања одличног приноса производа. Чипови користе кривине од 90° на крајевима праве путање како би изазвали турбулентно мешање унутар уређаја44 и повећали време контакта течности са површином (катализатором). Да би се додатно побољшало мешање које се може постићи, дизајн реактора укључује два улаза за реактанте комбинована у Y-споју пре уласка у део за мешање. Трећи улаз, који пресеца ток на пола пута свог боравка, укључен је у план за будуће вишестепене реакције синтезе.
Сви канали имају квадратни профил (без углова сужења), што је резултат периодичног CNC глодања које се користи за креирање геометрије канала. Димензије канала су изабране тако да обезбеде висок (за микрореактор) запремински принос, али довољно мале да олакшају интеракцију са површином (катализаторима) за већину течности које садржи. Одговарајућа величина је заснована на претходном искуству аутора са уређајима за реакције метал-течност. Унутрашње димензије коначног канала биле су 750 µm x 750 µm, а укупна запремина реактора била је 1 ml. Уграђени конектор (навој 1/4″-28 UNF) је укључен у дизајн како би се омогућило лако повезивање уређаја са комерцијалном опремом за проточну хемију. Величина канала је ограничена дебљином фолијског материјала, његовим механичким својствима и параметрима везивања који се користе са ултразвуком. При одређеној ширини за дати материјал, материјал ће се „увући“ у креирани канал. Тренутно не постоји специфичан модел за овај прорачун, тако да се максимална ширина канала за дати материјал и дизајн одређује експериментално, у ком случају ширина од 750 µм неће изазвати прогиб.
Облик (квадрат) канала се одређује помоћу квадратног резача. Облик и величина канала могу се мењати на CNC машинама коришћењем различитих алата за сечење како би се добиле различите брзине протока и карактеристике. Пример креирања закривљеног канала алатом од 125 µм може се наћи у Monaghan45. Када се слој фолије нанесе равно, наношење фолијског материјала на канале ће имати равну (квадратну) површину. У овом раду, коришћена је квадратна контура да би се очувала симетрија канала.
Током програмиране паузе у производњи, термопарни сензори температуре (тип К) су уграђени директно у уређај између горње и доње групе канала (слика 1 – фаза 3). Ови термопарови могу да контролишу промене температуре од -200 до 1350 °C.
Процес наношења метала врши се помоћу UAM рога користећи металну фолију ширине 25,4 мм и дебљине 150 микрона. Ови слојеви фолије су повезани у низ суседних трака како би се покрила цела површина за израду; величина нанетог материјала је већа од финалног производа, јер процес одузимања ствара коначни чист облик. CNC обрада се користи за обраду спољашњих и унутрашњих контура опреме, што резултира површинском завршном обрадом опреме и канала која одговара изабраном алату и параметрима CNC процеса (у овом примеру, око 1,6 µм Ra). Континуирани, континуирани ултразвучни циклуси прскања материјала и обраде се користе током целог процеса производње уређаја како би се осигурала димензионална тачност и како би готови део задовољио нивое прецизности CNC финог глодања. Ширина канала који се користи за овај уређај је довољно мала да се осигура да се материјал фолије не „увија“ у каналу за флуид, тако да канал има квадратни попречни пресек. Могуће празнине у материјалу фолије и параметри UAM процеса експериментално су одређени од стране производног партнера (Fabrisonic LLC, САД).
Студије су показале да на интерфејсу 46, 47 UAM једињења постоји мала дифузија елемената без додатне термичке обраде, тако да за уређаје у овом раду слој Cu-110 остаје другачији од слоја Al 6061 и драматично се мења.
Инсталирајте претходно калибрисани регулатор повратног притиска (BPR) на 250 psi (1724 kPa) низводно од реактора и пумпајте воду кроз реактор брзином од 0,1 до 1 ml min-1. Притисак у реактору је праћен помоћу FlowSyn претварача притиска уграђеног у систем како би се осигурало да систем може да одржава константан стабилан притисак. Потенцијални градијенти температуре у проточном реактору су тестирани тражењем разлика између термоелемената уграђених у реактор и термоелемената уграђених у грејну плочу FlowSyn чипа. Ово се постиже променом програмиране температуре грејне плоче између 100 и 150 °C у корацима од 25 °C и праћењем свих разлика између програмираних и забележених температура. Ово је постигнуто коришћењем tc-08 логера података (PicoTech, Кембриџ, УК) и пратећег PicoLog софтвера.
Услови за реакцију циклоадиције фенилацетилена и јодоетана су оптимизовани (Схема 1 - Циклоадиција фенилацетилена и јодоетана, Шема 1 - Циклоадиција фенилацетилена и јодоетана). Ова оптимизација је извршена коришћењем приступа потпуног факторијалног дизајна експеримената (DOE), користећи температуру и време задржавања као променљиве, док је однос алкина и азида фиксиран на 1:2.
Припремљени су одвојени раствори натријум азида (0,25 М, 4:1 ДМФ:Х2О), јодоетана (0,25 М, ДМФ) и фенилацетилена (0,125 М, ДМФ). Аликвот од 1,5 мл сваког раствора је помешан и пумпан кроз реактор жељеном брзином протока и температуром. Одзив модела је узет као однос површине пика триазолног производа и почетног материјала фенилацетилена и одређен је коришћењем течне хроматографије високих перформанси (HPLC). Ради доследности анализе, све реакције су изведене одмах након што је реакциона смеша напустила реактор. Опсези параметара изабрани за оптимизацију приказани су у Табели 2.
Сви узорци су анализирани коришћењем Chromaster HPLC система (VWR, PA, САД) који се састоји од кватернарне пумпе, колонске пећи, UV детектора са променљивом таласном дужином и аутоматског узорковања. Колона је била Equivalence 5 C18 (VWR, PA, САД), 4,6 x 100 mm, величине честица 5 µm, одржавана на 40°C. Растварач је био изократски метанол:вода 50:50 при брзини протока од 1,5 ml·min-1. Запремина убризгавања је била 5 μl, а таласна дужина детектора 254 nm. % површине пика за DOE узорак је израчунат само из површина пикова резидуалних алкинских и триазолних производа. Увођење почетног материјала омогућава идентификацију одговарајућих пикова.
Комбиновање резултата анализе реактора са софтвером MODDE DOE (Umetrics, Малме, Шведска) омогућило је темељну анализу трендова резултата и одређивање оптималних реакционих услова за ову циклоадицију. Покретање уграђеног оптимизатора и одабир свих важних моделних чланова креира скуп реакционих услова дизајнираних да максимизирају површину пика производа, а истовремено смање површину пика за ацетиленску сировину.
Оксидација површине бакра у каталитичкој реакционој комори постигнута је употребом раствора водоник-пероксида (36%) који је протичао кроз реакциону комору (брзина протока = 0,4 мл/мин, време задржавања = 2,5 мин) пре синтезе сваког триазолног једињења. библиотека.
Када је оптимални скуп услова одређен, они су примењени на низ деривата ацетилена и халоалкана како би се омогућило састављање мале библиотеке синтезе, чиме је успостављена могућност примене ових услова на шири спектар потенцијалних реагенса (Сл. 1).
Припремити одвојене растворе натријум азида (0,25 M, 4:1 DMF:H2O), халоалкана (0,25 M, DMF) и алкина (0,125 M, DMF). Аликвоти од 3 ml сваког раствора су помешани и пумпани кроз реактор брзином од 75 µl/min и на температури од 150°C. Цела запремина је сакупљена у бочицу и разблажена са 10 ml етил ацетата. Раствор узорка је испран са 3 x 10 ml воде. Водени слојеви су спојени и екстраховани са 10 ml етил ацетата, затим су органски слојеви спојени, испрани са 3×10 ml сланог раствора, осушени преко MgSO4 и филтрирани, а затим је растварач уклоњен у вакууму. Узорци су пречишћени хроматографијом на колони силика гела користећи етил ацетат пре анализе комбинацијом HPLC, 1H NMR, 13C NMR и масене спектрометрије високе резолуције (HR-MS).
Сви спектри су добијени коришћењем Thermofischer Precision Orbitrap масеног спектрометра са ESI као извором јонизације. Сви узорци су припремљени коришћењем ацетонитрила као растварача.
TLC анализа је спроведена на силицијумским плочама са алуминијумском подлогом. Плоче су визуелизоване UV светлошћу (254 nm) или бојењем ванилином и загревањем.
Сви узорци су анализирани коришћењем VWR Chromaster система (VWR International Ltd., Лејтон Базард, Велика Британија) опремљеног аутоматским узорковачем, бинарном пумпом са колонском пећницом и детектором са једном таласном дужином. Коришћена је ACE Equivalence 5 C18 колона (150 x 4,6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Абердин, Шкотска).
Ињекције (5 µl) су направљене директно из разблажене сирове реакционе смеше (разблажење 1:10) и анализиране са водом:метанолом (50:50 или 70:30), осим за неке узорке који су користили систем растварача 70:30 (означен бројем звездице) при брзини протока од 1,5 ml/min. Колона је одржавана на 40°C. Таласна дужина детектора је 254 nm.
% површине пика узорка израчунат је из површине пика преосталог алкина, само триазолног производа, а увођење почетног материјала омогућило је идентификацију одговарајућих пикова.
Сви узорци су анализирани помоћу Thermo iCAP 6000 ICP-OES. Сви калибрациони стандарди су припремљени коришћењем стандардног раствора Cu од 1000 ppm у 2% азотној киселини (SPEX Certi Prep). Сви стандарди су припремљени у раствору од 5% DMF и 2% HNO3, а сви узорци су разблажени 20 пута раствором узорка DMF-HNO3.
УАМ користи ултразвучно заваривање метала као метод спајања металне фолије која се користи за стварање финалног склопа. Ултразвучно заваривање метала користи вибрирајући метални алат (назван рог или ултразвучни рог) за примену притиска на фолију/претходно консолидовани слој који се спаја/претходно консолидује вибрирањем материјала. За континуирани рад, сонотрода има цилиндрични облик и котрља се по површини материјала, лепећи целу површину. Када се примене притисак и вибрације, оксиди на површини материјала могу пуцати. Константан притисак и вибрације могу довести до уништења храпавости материјала 36. Блиски контакт са локализованом топлотом и притиском затим доводи до чврстофазне везе на границама материјала; такође може подстаћи кохезију променом површинске енергије 48. Природа механизма везивања превазилази многе проблеме повезане са променљивом температуром топљења и ефектима високе температуре поменутим у другим технологијама адитивне производње. Ово омогућава директно повезивање (тј. без модификације површине, пунила или лепкова) неколико слојева различитих материјала у јединствену консолидовану структуру.
Други повољан фактор за CAM је висок степен пластичног течења који се примећује код металних материјала чак и на ниским температурама, односно знатно испод тачке топљења металних материјала. Комбинација ултразвучних вибрација и притиска узрокује висок ниво локалне миграције граница зрна и рекристализације без значајног повећања температуре које се традиционално повезује са расутим материјалима. Током стварања финалног склопа, овај феномен се може користити за уграђивање активних и пасивних компоненти између слојева металне фолије, слој по слој. Елементи као што су оптичка влакна 49, арматура 46, електроника 50 и термопарови (овај рад) успешно су интегрисани у UAM структуре како би се створили активни и пасивни композитни склопови.
У овом раду, коришћене су и различите могућности везивања материјала и могућности интеркалације UAM-а да би се створио идеалан микрореактор за каталитичку контролу температуре.
У поређењу са паладијумом (Pd) и другим уобичајено коришћеним металним катализаторима, Cu катализа има неколико предности: (i) Економски, Cu је јефтинији од многих других метала који се користе у катализи и стога је атрактивна опција за хемијску индустрију (ii) опсег реакција унакрсног купловања катализованих Cu се шири и чини се да је донекле комплементаран методологијама заснованим на Pd51, 52, 53 (iii) Реакције катализоване Cu добро функционишу у одсуству других лиганда. Ови лиганди су често структурно једноставни и јефтини, ако је потребно, док су они који се користе у Pd хемији често сложени, скупи и осетљиви на ваздух (iv) Cu, посебно познат по својој способности да везује алкине у синтези, као што је Соногаширино биметално катализовано купловање и циклоадиција са азидима (клик хемија) (v) Cu такође може да промовише арилацију неких нуклеофила у реакцијама Улмановог типа.
Недавно су показани примери хетерогенизације свих ових реакција у присуству Cu(0). То је углавном последица фармацеутске индустрије и све већег фокуса на опоравак и поновну употребу металних катализатора55,56.
Реакција 1,3-диполарне циклоадиције између ацетилена и азида до 1,2,3-триазола, коју је први предложио Хајсген 1960-их година57, сматра се синергијском демонстрационом реакцијом. Добијени фрагменти 1,2,3 триазола су од посебног интереса као фармакофор у откривању лекова због њихове биолошке примене и употребе у различитим терапијским агенсима 58.
Ова реакција је поново добила пажњу када су Шарплес и други увели концепт „клик хемије“59. Термин „клик хемија“ се користи за описивање робусног и селективног скупа реакција за брзу синтезу нових једињења и комбинаторних библиотека коришћењем хетероатомских веза (CXC)60. Синтетичка привлачност ових реакција је последица високих приноса повезаних са њима. Услови су једноставни, отпорност на кисеоник и воду, а раздвајање производа је једноставно61.
Класична 1,3-диполна Хајсгенова циклоадиција не спада у категорију „клик хемије“. Међутим, Медал и Шарплес су показали да се овај догађај азид-алкинског спајања одвија са брзином од 107–108 у присуству Cu(I) у поређењу са значајним убрзањем брзине некаталитичке 1,3-диполарне циклоадиције 62,63. Овај напредни реакциони механизам не захтева заштитне групе или оштре реакционе услове и пружа скоро потпуну конверзију и селективност до 1,4-дисупституисаних 1,2,3-триазола (анти-1,2,3-триазола) током времена (Слика 3).
Изометријски резултати конвенционалних и бакром катализованих Хајсгенових циклоадиција. Cu(I)-катализоване Хајсгенове циклоадиције дају само 1,4-дисупституисане 1,2,3-триазоле, док термички индуковане Хајсгенове циклоадиције типично дају 1,4- и 1,5-триазоле, смешу азолних стереоизомера у односу 1:1.
Већина протокола укључује редукцију стабилних извора Cu(II), као што је редукција CuSO4 или једињења Cu(II)/Cu(0) у комбинацији са натријумовим солима. У поређењу са другим реакцијама катализованим металима, употреба Cu(I) има главне предности јер је јефтина и једноставна за руковање.
Кинетичке и изотопске студије Ворела и др.65 показале су да су у случају терминалних алкина, два еквивалента бакра укључена у активирање реактивности сваког молекула у односу на азид. Предложени механизам се одвија преко шесточланог металног прстена бакра формираног координацијом азида са σ-везаним ацетилидом бакра са π-везаним бакром као стабилним донорским лигандом. Триазолил деривати бакра настају као резултат контракције прстена, након чега следи разградња протона да би се формирали триазолни производи и затворио каталитички циклус.
Иако су предности уређаја за проточну хемију добро документоване, постојала је жеља да се аналитички алати интегришу у ове системе за праћење процеса у реалном времену in situ66,67. UAM се показао као погодна метода за пројектовање и производњу веома сложених 3Д проточних реактора од каталитички активних, топлотно проводљивих материјала са директно уграђеним сензорским елементима (Слика 4).
Алуминијумско-бакарни проточни реактор произведен ултразвучном адитивном производњом (UAM) са сложеном унутрашњом структуром канала, уграђеним термоелементима и каталитичком реакционом комором. Ради визуелизације унутрашњих путања флуида, приказан је и транспарентни прототип направљен коришћењем стереолитографије.
Да би се осигурало да су реактори направљени за будуће органске реакције, растварачи морају бити безбедно загрејани изнад тачке кључања; тестирају се на притисак и температуру. Тестирање притиска је показало да систем одржава стабилан и константан притисак чак и при повишеном притиску у систему (1,7 MPa). Хидростатички тестови су спроведени на собној температури користећи H2O као течност.
Повезивање уграђеног (слика 1) термопара са логером података о температури показало је да је температура термопара била 6 °C (± 1 °C) испод програмиране температуре у систему FlowSyn. Типично, повећање температуре од 10 °C удвостручује брзину реакције, тако да температурна разлика од само неколико степени може значајно променити брзину реакције. Ова разлика је последица губитка температуре кроз реактор за пречишћавање плазме (RPV) због високе термичке дифузивности материјала који се користе у процесу производње. Ово термално померање је константно и стога се може узети у обзир приликом подешавања опреме како би се осигурало да се тачне температуре постигну и измере током реакције. Дакле, овај алат за онлајн праћење олакшава строгу контролу температуре реакције и доприноси прецизнијој оптимизацији процеса и развоју оптималних услова. Ови сензори се такође могу користити за детекцију егзотермних реакција и спречавање неконтролисаних реакција у системима великих размера.
Реактор представљен у овом раду је први пример примене UAM технологије у изради хемијских реактора и бави се неколико главних ограничења која су тренутно повезана са AM/3D штампањем ових уређаја, као што су: (i) Превазилажење поменутих проблема повезаних са обрадом легура бакра или алуминијума (ii) побољшана унутрашња резолуција канала у поређењу са методама топљења прашкастог слоја (PBF) као што је селективно ласерско топљење (SLM)25,69 Слаб проток материјала и груба текстура површине26 (iii) нижа температура обраде, што олакшава директно повезивање сензора, што није могуће у технологији прашкастог слоја, (v) превазилажење лоших механичких својстава и осетљивости компоненти на бази полимера на различите уобичајене органске раствараче17,19.
Функционалност реактора је демонстрирана серијом реакција циклоадиције алкиназида катализованих бакром под условима континуираног протока (Сл. 2). Ултразвучни штампани бакарни реактор приказан на сл. 4 је интегрисан са комерцијалним системом протока и коришћен је за синтезу азидне библиотеке различитих 1,4-дисупституисаних 1,2,3-триазола коришћењем температурно контролисане реакције ацетилена и халида алкил групе у присуству натријум хлорида (Сл. 3). Употреба приступа континуираног протока смањује безбедносне проблеме који могу настати у серијским процесима, јер ова реакција производи високо реактивне и опасне азидне интермедијере [317], [318]. У почетку је реакција оптимизована за циклоадицију фенилацетилена и јодоетана (Схема 1 – Циклоадиција фенилацетилена и јодоетана) (видети Сл. 5).
(Горе лево) Шема подешавања које се користи за уградњу 3DP реактора у проточни систем (горе десно) добијеног из оптимизоване (доле) шеме Huisgen 57 циклоадиционе шеме између фенилацетилена и јодоетана ради оптимизације и приказује оптимизоване параметре брзине конверзије реакције.
Контролисањем времена задржавања реактаната у каталитичком делу реактора и пажљивим праћењем температуре реакције помоћу директно интегрисаног термопар сензора, реакциони услови се могу брзо и прецизно оптимизовати уз минимално време и материјале. Брзо је утврђено да је највећа конверзија постигнута коришћењем времена задржавања од 15 минута и температуре реакције од 150°C. Из графикона коефицијената MODDE софтвера може се видети да се и време задржавања и температура реакције сматрају важним условима модела. Покретање уграђеног оптимизатора коришћењем ових одабраних услова ствара скуп реакционих услова дизајнираних да максимизирају површине пикова производа, а истовремено смање површине пикова почетног материјала. Ова оптимизација је дала конверзију триазолног производа од 53%, што се тачно поклапа са предвиђањем модела од 54%.