Asante kwa kutembelea Nature.com. Toleo la kivinjari unachotumia lina usaidizi mdogo wa CSS. Kwa matumizi bora zaidi, tunapendekeza utumie kivinjari kilichosasishwa (au uzime Hali ya Utangamano katika Internet Explorer). Wakati huo huo, ili kuhakikisha usaidizi unaoendelea, tutatoa tovuti bila mitindo na JavaScript.
Mzunguko unaoonyesha slaidi tatu kwa wakati mmoja. Tumia vitufe vya Iliyotangulia na Inayofuata ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja, au tumia vitufe vya kutelezesha mwishoni ili kupitia slaidi tatu kwa wakati mmoja.
Utengenezaji wa viambato unabadilisha jinsi watafiti na wafanyabiashara wanavyobuni na kutengeneza vifaa vya kemikali ili kukidhi mahitaji yao maalum. Katika karatasi hii, tunaripoti mfano wa kwanza wa mtambo wa mtiririko unaoundwa na utengenezaji wa viambato vya ultrasonic (UAM) lamination ya karatasi ya chuma imara yenye sehemu za kichocheo zilizounganishwa moja kwa moja na vipengele vya kuhisi. Teknolojia ya UAM sio tu kwamba inashinda mapungufu mengi yanayohusiana na utengenezaji wa viambato vya kemikali, lakini pia inapanua sana uwezo wa vifaa hivyo. Misombo kadhaa muhimu ya kibiolojia ya 1,2,3-triazole iliyobadilishwa kuwa 1,4 imetengenezwa na kuboreshwa kwa mafanikio na mmenyuko wa cycloaddition wa Huisgen 1,3-dipolar unaosababishwa na Cu kwa kutumia kituo cha kemia cha UAM. Kwa kutumia sifa za kipekee za UAM na usindikaji endelevu wa mtiririko, kifaa kinaweza kuchochea athari zinazoendelea pamoja na kutoa maoni ya wakati halisi ili kufuatilia na kuboresha athari.
Kutokana na faida zake kubwa kuliko mwenzake mkubwa, kemia ya mtiririko ni uwanja muhimu na unaokua katika mazingira ya kitaaluma na viwanda kutokana na uwezo wake wa kuongeza uteuzi na ufanisi wa usanisi wa kemikali. Hii inatokana na uundaji wa molekuli rahisi za kikaboni1 hadi misombo ya dawa2,3 na bidhaa asilia4,5,6. Zaidi ya 50% ya athari katika tasnia nzuri za kemikali na dawa zinaweza kufaidika na mtiririko endelevu7.
Katika miaka ya hivi karibuni, kumekuwa na mwelekeo unaoongezeka wa vikundi vinavyotafuta kubadilisha vifaa vya jadi vya glasi au vifaa vya kemia ya mtiririko na "vinu vya kemikali" vinavyoweza kubadilika8. Ubunifu wa kurudiarudia, utengenezaji wa haraka, na uwezo wa pande tatu (3D) wa njia hizi ni muhimu kwa wale wanaotaka kubinafsisha vifaa vyao kwa seti fulani ya athari, vifaa, au hali. Hadi sasa, kazi hii imejikita karibu pekee katika matumizi ya mbinu za uchapishaji wa 3D zinazotegemea polima kama vile stereolithography (SL)9,10,11, Fused Deposition Modeling (FDM)8,12,13,14 na uchapishaji wa inkjet7,15. , 16. Ukosefu wa uaminifu na uwezo wa vifaa hivyo kufanya aina mbalimbali za athari/uchambuzi wa kemikali17, 18, 19, 20 ni kikwazo kikubwa kwa matumizi mapana ya AM katika uwanja huu17, 18, 19, 20.
Kutokana na ongezeko la matumizi ya kemia ya mtiririko na sifa nzuri zinazohusiana na AM, mbinu bora zinahitaji kuchunguzwa ambazo zitawaruhusu watumiaji kutengeneza mishipa ya mmenyuko wa mtiririko yenye uwezo bora wa kemia na uchanganuzi. Mbinu hizi zinapaswa kuwaruhusu watumiaji kuchagua kutoka kwa aina mbalimbali za vifaa vyenye nguvu nyingi au utendaji kazi vinavyoweza kufanya kazi chini ya hali mbalimbali za mmenyuko, na pia kuwezesha aina mbalimbali za matokeo ya uchanganuzi kutoka kwa kifaa ili kuwezesha ufuatiliaji na udhibiti wa mmenyuko.
Mchakato mmoja wa utengenezaji wa nyongeza ambao unaweza kutumika kutengeneza vinu vya kemikali maalum ni Uzalishaji wa Viungio vya Ultrasonic (UAM). Mbinu hii ya lamination ya karatasi ngumu hutumia mitetemo ya ultrasonic kwenye foili nyembamba za chuma ili kuziunganisha pamoja safu kwa safu na joto kidogo la ujazo na kiwango cha juu cha mtiririko wa plastiki 21, 22, 23. Tofauti na teknolojia zingine nyingi za AM, UAM inaweza kuunganishwa moja kwa moja na uzalishaji wa kuondoa, unaojulikana kama mchakato mseto wa utengenezaji, ambapo usagaji wa mara kwa mara wa udhibiti wa nambari (CNC) au usindikaji wa leza huamua umbo halisi la safu ya nyenzo zilizounganishwa 24, 25. Hii ina maana kwamba mtumiaji hazuiliwi na matatizo yanayohusiana na kuondolewa kwa nyenzo asili za ujenzi zilizobaki kutoka kwa njia ndogo za kioevu, ambayo mara nyingi hutokea katika mifumo ya unga na kioevu AM26,27,28. Uhuru huu wa muundo pia unaenea hadi kwenye uchaguzi wa vifaa vinavyopatikana - UAM inaweza kuunganisha michanganyiko ya vifaa vinavyofanana na joto na tofauti katika hatua moja ya mchakato. Uchaguzi wa michanganyiko ya nyenzo zaidi ya mchakato wa kuyeyuka unamaanisha kuwa mahitaji ya kiufundi na kemikali ya matumizi maalum yanaweza kutimizwa vyema. Mbali na kuunganishwa imara, jambo lingine linalotokea kwa kuunganishwa kwa ultrasonic ni utelezi mwingi wa vifaa vya plastiki kwenye halijoto ya chini 29,30,31,32,33. Kipengele hiki cha kipekee cha UAM huruhusu vipengele vya mitambo/joto kuwekwa kati ya tabaka za chuma bila uharibifu. Vihisi vya UAM vilivyopachikwa vinaweza kurahisisha uwasilishaji wa taarifa za wakati halisi kutoka kwa kifaa hadi kwa mtumiaji kupitia uchanganuzi jumuishi.
Kazi ya awali ya waandishi32 ilionyesha uwezo wa mchakato wa UAM kuunda miundo ya metali ya 3D microfluidic yenye uwezo wa kuhisi uliopachikwa. Kifaa hiki ni kwa madhumuni ya ufuatiliaji pekee. Makala haya yanatoa mfano wa kwanza wa kiakiolojia cha kemikali cha microfluidic kilichotengenezwa na UAM, kifaa kinachofanya kazi ambacho sio tu hudhibiti lakini pia huchochea usanisi wa kemikali na vifaa vya kichocheo vilivyounganishwa kimuundo. Kifaa hiki kinachanganya faida kadhaa zinazohusiana na teknolojia ya UAM katika utengenezaji wa vifaa vya kemikali vya 3D, kama vile: uwezo wa kubadilisha muundo kamili wa 3D moja kwa moja kutoka kwa modeli ya muundo unaosaidiwa na kompyuta (CAD) kuwa bidhaa; utengenezaji wa nyenzo nyingi kwa mchanganyiko wa upitishaji wa joto la juu na vifaa vya kichocheo, pamoja na vitambuzi vya joto vilivyopachikwa moja kwa moja kati ya mito ya kichocheo kwa udhibiti sahihi na usimamizi wa halijoto ya mmenyuko. Ili kuonyesha utendaji kazi wa kiakiolojia, maktaba ya misombo muhimu ya 1,2,3-triazole iliyobadilishwa kuwa mbadala ya 1,4-disposal ya Huisgen ilitengenezwa kwa kutumia cycloaddition ya 1,3-dipolar Huisgen iliyochochewa na shaba. Kazi hii inaangazia jinsi matumizi ya sayansi ya vifaa na muundo unaosaidiwa na kompyuta yanavyoweza kufungua uwezekano na fursa mpya za kemia kupitia utafiti wa taaluma mbalimbali.
Viyeyusho na vitendanishi vyote vilinunuliwa kutoka Sigma-Aldrich, Alfa Aesar, TCI, au Fischer Scientific na kutumika bila utakaso wa awali. Spektromita ya 1H na 13C NMR iliyorekodiwa katika 400 na 100 MHz, mtawalia, zilipatikana kwenye spktromita ya JEOL ECS-400 400 MHz au spktromita ya Bruker Avance II 400 MHz yenye CDCl3 au (CD3)2SO kama kiyeyusho. Miitikio yote ilifanywa kwa kutumia jukwaa la kemia ya mtiririko wa Uniqsis FlowSyn.
UAM ilitumika kutengeneza vifaa vyote katika utafiti huu. Teknolojia hiyo ilivumbuliwa mwaka wa 1999 na maelezo yake ya kiufundi, vigezo vya uendeshaji na maendeleo tangu uvumbuzi wake yanaweza kusomwa kwa kutumia nyenzo zifuatazo zilizochapishwa34,35,36,37. Kifaa hicho (Mchoro 1) kilitekelezwa kwa kutumia mfumo mzito wa 9 kW SonicLayer 4000® UAM (Fabrisonic, Ohio, Marekani). Nyenzo zilizochaguliwa kwa kifaa cha mtiririko zilikuwa Cu-110 na Al 6061. Cu-110 ina kiwango cha juu cha shaba (kiwango cha chini cha 99.9% ya shaba), na kuifanya kuwa mgombea mzuri wa athari za kichocheo cha shaba na kwa hivyo hutumika kama "safu inayofanya kazi ndani ya microreactor. Al 6061 O hutumika kama nyenzo "ya wingi". , pamoja na safu ya mwingiliano inayotumika kwa uchambuzi; mwingiliano wa vipengele vya aloi saidizi na hali ya annealed pamoja na safu ya Cu-110. imeonekana kuwa thabiti kikemikali pamoja na vitendanishi vilivyotumika katika kazi hii. Al 6061 O pamoja na Cu-110 pia inachukuliwa kuwa mchanganyiko wa nyenzo unaoendana kwa UAM na kwa hivyo ni nyenzo inayofaa kwa utafiti huu. Vifaa hivi vimeorodheshwa katika Jedwali 1 hapa chini.
Hatua za utengenezaji wa kinu cha nyuki (1) 6061 substrate ya aloi ya alumini (2) Utengenezaji wa mfereji wa chini kutoka kwa foil ya shaba (3) Kuingiza thermocouples kati ya tabaka (4) Mfereji wa juu (5) Kuingia na kutoa (6) Kinu cha monolithic.
Falsafa ya muundo wa njia ya majimaji ni kutumia njia yenye mikunjo ili kuongeza umbali unaosafiriwa na majimaji ndani ya chipu huku ikidumisha ukubwa wa chipu unaoweza kudhibitiwa. Ongezeko hili la umbali linafaa ili kuongeza muda wa mguso wa kichocheo-kiitikio na kutoa mavuno bora ya bidhaa. Chipu hutumia mikunjo ya 90° kwenye ncha za njia iliyonyooka ili kusababisha mchanganyiko wenye misukosuko ndani ya kifaa44 na kuongeza muda wa mguso wa kioevu na uso (kichocheo). Ili kuongeza zaidi mchanganyiko unaoweza kupatikana, muundo wa kiitikio unajumuisha viingilio viwili vya kiitikio vilivyounganishwa katika muunganisho wa Y kabla ya kuingia katika sehemu ya koili ya mchanganyiko. Mlango wa tatu, ambao huvuka mtiririko katikati ya makazi yake, umejumuishwa katika mpango wa athari za usanisi wa hatua nyingi zijazo.
Njia zote zina wasifu wa mraba (hazina pembe nyembamba), ambayo ni matokeo ya usagaji wa mara kwa mara wa CNC unaotumika kuunda jiometri ya njia. Vipimo vya njia huchaguliwa ili kutoa mavuno ya juu (kwa microreactor) ya ujazo, lakini ni vidogo vya kutosha kuwezesha mwingiliano na uso (vichocheo) kwa vimiminika vingi vilivyomo. Ukubwa unaofaa unategemea uzoefu wa zamani wa waandishi na vifaa vya mmenyuko wa metali-kioevu. Vipimo vya ndani vya njia ya mwisho vilikuwa 750 µm x 750 µm na jumla ya ujazo wa kiakio ulikuwa 1 ml. Kiunganishi kilichojengewa ndani (uzi wa 1/4″-28 UNF) kimejumuishwa katika muundo ili kuruhusu kuingiliana kwa urahisi kwa kifaa na vifaa vya kemia ya mtiririko wa kibiashara. Ukubwa wa njia umepunguzwa na unene wa nyenzo ya foil, sifa zake za kiufundi, na vigezo vya kuunganisha vinavyotumika na ultrasonic. Kwa upana fulani kwa nyenzo fulani, nyenzo "itateleza" kwenye njia iliyoundwa. Kwa sasa hakuna mfumo maalum wa hesabu hii, kwa hivyo upana wa juu zaidi wa njia kwa nyenzo na muundo fulani huamuliwa kwa majaribio, ambapo upana wa µm 750 hautasababisha kushuka.
Umbo (mraba) la mfereji huamuliwa kwa kutumia kifaa cha kukata mraba. Umbo na ukubwa wa mifereji unaweza kubadilishwa kwenye mashine za CNC kwa kutumia zana tofauti za kukata ili kupata viwango na sifa tofauti za mtiririko. Mfano wa kuunda mfereji uliopinda wenye kifaa cha µm 125 unaweza kupatikana katika Monaghan45. Wakati safu ya foil inatumiwa tambarare, matumizi ya nyenzo ya foil kwenye mifereji yatakuwa na uso tambarare (mraba). Katika kazi hii, mchoro wa mraba ulitumika kuhifadhi ulinganifu wa mfereji.
Wakati wa kusimamishwa kwa uzalishaji kwa mpango, vitambuzi vya halijoto vya thermocouple (aina K) hujengwa moja kwa moja kwenye kifaa kati ya vikundi vya njia za juu na za chini (Mchoro 1 - hatua ya 3). Vipimo hivi vya joto vinaweza kudhibiti mabadiliko ya halijoto kutoka -200 hadi 1350 °C.
Mchakato wa uwekaji wa chuma unafanywa na pembe ya UAM kwa kutumia foil ya chuma yenye upana wa milimita 25.4 na unene wa mikroni 150. Tabaka hizi za foil zimeunganishwa katika mfululizo wa vipande vilivyo karibu ili kufunika eneo lote la ujenzi; ukubwa wa nyenzo zilizowekwa ni kubwa kuliko bidhaa ya mwisho kwani mchakato wa kutoa huunda umbo safi la mwisho. Uchakataji wa CNC hutumika kuchakataji mtaro wa nje na wa ndani wa vifaa, na kusababisha umaliziaji wa uso wa vifaa na njia zinazolingana na vigezo vya mchakato wa zana na CNC vilivyochaguliwa (katika mfano huu, takriban µm 1.6 Ra). Mizunguko ya kunyunyizia na kuchakata nyenzo za ultrasonic inayoendelea na inayoendelea hutumiwa katika mchakato mzima wa utengenezaji wa kifaa ili kuhakikisha usahihi wa vipimo unadumishwa na sehemu iliyomalizika inakidhi viwango vya usahihi wa kusaga vizuri vya CNC. Upana wa njia inayotumika kwa kifaa hiki ni ndogo vya kutosha kuhakikisha kwamba nyenzo za foil "hazielegi" kwenye njia ya majimaji, kwa hivyo njia ina sehemu ya msalaba ya mraba. Mapengo yanayowezekana katika nyenzo za foil na vigezo vya mchakato wa UAM yaliamuliwa kwa majaribio na mshirika wa utengenezaji (Fabrisonic LLC, Marekani).
Uchunguzi umeonyesha kuwa kwenye kiolesura cha 46, 47 cha kiwanja cha UAM kuna usambazaji mdogo wa vipengele bila matibabu ya ziada ya joto, kwa hivyo kwa vifaa vilivyo katika kazi hii safu ya Cu-110 inabaki tofauti na safu ya Al 6061 na hubadilika sana.
Sakinisha kidhibiti cha shinikizo la nyuma kilichorekebishwa awali (BPR) kwa 250 psi (1724 kPa) chini ya kinu na pampu maji kupitia kinu kwa kiwango cha 0.1 hadi 1 ml dakika-1. Shinikizo la kinu lilifuatiliwa kwa kutumia kibadilishaji cha shinikizo la FlowSyn kilichojengwa ndani ya mfumo ili kuhakikisha kwamba mfumo unaweza kudumisha shinikizo thabiti la mara kwa mara. Miteremko ya joto inayowezekana katika kinu cha mtiririko ilijaribiwa kwa kutafuta tofauti yoyote kati ya vinu vya joto vilivyojengwa ndani ya kinu na vinu vya joto vilivyojengwa ndani ya bamba la joto la chipu ya FlowSyn. Hii inafanikiwa kwa kubadilisha halijoto ya sahani ya joto iliyopangwa kati ya 100 na 150 °C katika nyongeza za 25 °C na kufuatilia tofauti yoyote kati ya halijoto zilizopangwa na zilizorekodiwa. Hii ilifanikiwa kwa kutumia kumbukumbu ya data ya tc-08 (PicoTech, Cambridge, Uingereza) na programu inayoambatana ya PicoLog.
Masharti ya mmenyuko wa saikloaddition wa phenylacetylene na iodoethane yameboreshwa (Mpango 1-Saikloaddition ya phenylacetylene na iodoethane, Mpango 1-Saikloaddition ya phenylacetylene na iodoethane). Uboreshaji huu ulifanywa kwa kutumia mbinu kamili ya majaribio ya kifaktoria (DOE), kwa kutumia halijoto na muda wa makazi kama vigeu huku ukirekebisha uwiano wa alkyne:azide katika 1:2.
Michanganyiko tofauti ya azidi ya sodiamu (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), iodoethane (0.25 M, DMF), na fenilasetilini (0.125 M, DMF) ilitayarishwa. Mkusanyiko wa mililita 1.5 wa kila myeyusho ulichanganywa na kusukumwa kupitia mtambo kwa kiwango cha mtiririko na halijoto inayotakiwa. Mwitikio wa modeli ulichukuliwa kama uwiano wa eneo la kilele cha bidhaa ya triazoli kwa nyenzo ya kuanzia ya fenilasetilini na ulibainishwa kwa kutumia kromatografia ya kioevu yenye utendaji wa juu (HPLC). Kwa uthabiti wa uchambuzi, michanganyiko yote ilichukuliwa mara tu baada ya mchanganyiko wa mmenyuko kuondoka kwenye mtambo. Safu za vigezo zilizochaguliwa kwa ajili ya uboreshaji zinaonyeshwa katika Jedwali la 2.
Sampuli zote zilichambuliwa kwa kutumia mfumo wa Chromaster HPLC (VWR, PA, Marekani) uliojumuisha pampu ya quaternary, oveni ya safu wima, kigunduzi cha UV cha urefu wa wimbi unaobadilika na sampuli otomatiki. Safu ilikuwa Equivalence 5 C18 (VWR, PA, Marekani), 4.6 x 100 mm, ukubwa wa chembe ya 5 µm, iliyodumishwa kwa 40°C. Kiyeyusho kilikuwa isocratic methanol:maji 50:50 kwa kiwango cha mtiririko wa 1.5 ml·min-1. Kiasi cha sindano kilikuwa 5 μl na urefu wa wimbi la kigunduzi kilikuwa 254 nm. Eneo la kilele cha sampuli ya DOE lilihesabiwa kutoka maeneo ya kilele cha bidhaa za alkyne na triazole zilizobaki pekee. Utangulizi wa nyenzo ya kuanzia hurahisisha kutambua vilele vinavyolingana.
Kuchanganya matokeo ya uchambuzi wa kinu cha kiaki na programu ya MODDE DOE (Umetrics, Malmö, Sweden) kuliruhusu uchambuzi kamili wa mwelekeo wa matokeo na uamuzi wa hali bora za mmenyuko kwa nyongeza hii ya cyclo. Kuendesha kiboreshaji kilichojengewa ndani na kuchagua masharti yote muhimu ya modeli huunda seti ya hali za mmenyuko iliyoundwa ili kuongeza eneo la kilele cha bidhaa huku ikipunguza eneo la kilele cha mlisho wa asetilini.
Oksidasheni ya uso wa shaba katika chumba cha mmenyuko wa kichocheo ilipatikana kwa kutumia myeyusho wa peroksidi ya hidrojeni (36%) unaopita kwenye chumba cha mmenyuko (kiwango cha mtiririko = 0.4 ml min-1, muda wa kuishi = dakika 2.5) kabla ya usanisi wa kila maktaba ya kiwanja cha triazole.
Mara tu seti bora ya hali ilipobainishwa, zilitumika kwenye aina mbalimbali za derivatives za asetilini na haloalkane ili kuruhusu mkusanyiko wa maktaba ndogo ya usanisi, na hivyo kuanzisha uwezekano wa kutumia hali hizi kwa aina mbalimbali za vitendanishi vinavyowezekana (Mchoro 1). 2).
Andaa myeyusho tofauti ya azidi ya sodiamu (0.25 M, 4:1 DMF:H2O), haloalkanes (0.25 M, DMF), na alkynes (0.125 M, DMF). Vipimo vya mililita 3 za kila myeyusho vilichanganywa na kusukumwa kupitia kinu kwa kiwango cha 75 µl/dakika na halijoto ya 150°C. Kiasi kizima kilikusanywa kwenye chupa na kupunguzwa na mililita 10 za asetati ya ethyl. Myeyusho wa sampuli ulioshwa na mililita 3 x 10 za maji. Tabaka zenye maji ziliunganishwa na kutolewa na mililita 10 za asetati ya ethyl, kisha tabaka za kikaboni ziliunganishwa, kuoshwa na brine ya 3×10 ml, kukaushwa juu ya MgSO4 na kuchujwa, kisha myeyusho uliondolewa kwenye utupu. Sampuli zilisafishwa kwa kromatografia ya safu ya jeli ya silica kwa kutumia asetati ya ethyl kabla ya uchambuzi kwa mchanganyiko wa HPLC, 1H NMR, 13C NMR na spektrometri ya umati yenye ubora wa juu (HR-MS).
Spektra zote zilipatikana kwa kutumia spektromita ya uzito ya Thermofischer Precision Orbitrap yenye ESI kama chanzo cha ioni. Sampuli zote zilitayarishwa kwa kutumia asetonitrile kama kiyeyusho.
Uchambuzi wa TLC ulifanyika kwenye sahani za silika zenye substrate ya alumini. Sahani hizo zilionyeshwa kwa mwanga wa UV (254 nm) au rangi ya vanillin na kupasha joto.
Sampuli zote zilichambuliwa kwa kutumia mfumo wa VWR Chromaster (VWR International Ltd., Leighton Buzzard, Uingereza) ulio na sampuli otomatiki, pampu ya binary yenye oveni ya safu wima na kigunduzi cha urefu wa wimbi moja. Safu wima ya ACE Equivalence 5 C18 (150 x 4.6 mm, Advanced Chromatography Technologies Ltd., Aberdeen, Scotland) ilitumika.
Sindano (5 µl) zilitengenezwa moja kwa moja kutoka kwa mchanganyiko wa mmenyuko ghafi uliopunguzwa (1:10 dilution) na kuchambuliwa kwa kutumia water:methanol (50:50 au 70:30), isipokuwa baadhi ya sampuli zinazotumia mfumo wa kiyeyusho wa 70:30 (unaoonyeshwa kama nambari ya nyota ) kwa kiwango cha mtiririko wa 1.5 ml/dakika. Safu ilihifadhiwa kwenye 40°C. Urefu wa wimbi la kigunduzi ni 254 nm.
Eneo la kilele cha sampuli lilihesabiwa kutoka eneo la kilele cha alkyne iliyobaki, bidhaa ya triazole pekee, na kuanzishwa kwa nyenzo ya kuanzia kuliwezesha kutambua vilele vinavyolingana.
Sampuli zote zilichambuliwa kwa kutumia Thermo iCAP 6000 ICP-OES. Viwango vyote vya urekebishaji vilitayarishwa kwa kutumia suluhisho la kawaida la 1000 ppm Cu katika asidi ya nitriki 2% (SPEX Certi Prep). Viwango vyote vilitayarishwa katika suluhisho la 5% DMF na 2% HNO3, na sampuli zote zilipunguzwa maji mara 20 kwa kutumia suluhisho la sampuli la DMF-HNO3.
UAM hutumia kulehemu kwa metali ya ultrasonic kama njia ya kuunganisha foil ya chuma inayotumika kuunda mkusanyiko wa mwisho. Kulehemu kwa metali ya ultrasonic hutumia kifaa cha chuma kinachotetemeka (kinachoitwa pembe au pembe ya ultrasonic) ili kuweka shinikizo kwenye foil/safu iliyounganishwa hapo awali ili kuunganishwa/kuunganishwa hapo awali kwa kutetemesha nyenzo. Kwa operesheni inayoendelea, sonotrode ina umbo la silinda na huviringika juu ya uso wa nyenzo, ikiunganisha eneo lote. Wakati shinikizo na mtetemo vinapotumika, oksidi kwenye uso wa nyenzo zinaweza kupasuka. Shinikizo na mtetemo wa mara kwa mara unaweza kusababisha uharibifu wa ukali wa nyenzo 36. Mgusano wa karibu na joto na shinikizo la ndani kisha husababisha kifungo cha awamu imara kwenye violesura vya nyenzo; inaweza pia kukuza mshikamano kwa kubadilisha nishati ya uso48. Asili ya utaratibu wa kuunganisha hushinda matatizo mengi yanayohusiana na halijoto ya kuyeyuka inayobadilika na athari za halijoto ya juu zilizotajwa katika teknolojia zingine za utengenezaji wa nyongeza. Hii inaruhusu muunganisho wa moja kwa moja (yaani bila marekebisho ya uso, vijazaji au gundi) za tabaka kadhaa za vifaa tofauti katika muundo mmoja uliounganishwa.
Jambo la pili linalofaa kwa CAM ni kiwango cha juu cha mtiririko wa plastiki unaoonekana katika vifaa vya metali hata katika halijoto ya chini, yaani chini sana ya kiwango cha kuyeyuka kwa vifaa vya metali. Mchanganyiko wa mitetemo ya ultrasonic na shinikizo husababisha kiwango cha juu cha uhamiaji wa mipaka ya nafaka za ndani na uundaji upya bila ongezeko kubwa la joto ambalo kijadi linahusishwa na vifaa vya wingi. Wakati wa uundaji wa mkusanyiko wa mwisho, jambo hili linaweza kutumika kupachika vipengele hai na visivyotumika kati ya tabaka za foil ya chuma, safu kwa safu. Vipengele kama vile nyuzi za macho 49, uimarishaji 46, vifaa vya elektroniki 50 na thermocouples (kazi hii) vimeunganishwa kwa mafanikio katika miundo ya UAM ili kuunda mikusanyiko hai na isiyotumika.
Katika kazi hii, uwezo tofauti wa kuunganisha nyenzo na uwezo wa kuingiliana kwa UAM ulitumika kuunda kichocheo kidogo bora cha kudhibiti halijoto ya kichocheo.
Ikilinganishwa na palladium (Pd) na vichocheo vingine vya metali vinavyotumika sana, kichocheo cha Cu kina faida kadhaa: (i) Kiuchumi, Cu ni nafuu kuliko metali nyingine nyingi zinazotumika katika kichocheo na kwa hivyo ni chaguo la kuvutia kwa tasnia ya kemikali (ii) anuwai ya athari za kiunganishi mtambuka zilizochochewa na Cu inapanuka na inaonekana kuwa inayosaidiana na mbinu zinazotegemea Pd51, 52, 53 (iii) Athari zilizochochewa na Cu hufanya kazi vizuri bila ligandi zingine. Ligandi hizi mara nyingi ni rahisi kimuundo na za bei nafuu. ikihitajika, ilhali zile zinazotumika katika kemia ya Pd mara nyingi ni ngumu, ghali, na nyeti kwa hewa (iv) Cu, inayojulikana hasa kwa uwezo wake wa kuunganisha alkynes katika usanisi, kama vile kiunganishi cha kichocheo cha bimetali cha Sonogashira na uongezaji wa cycloaddition na azidi (kemia ya kubofya) (v) Cu inaweza pia kukuza uundaji wa baadhi ya nyukleofili katika athari za aina ya Ullmann.
Hivi majuzi, mifano ya utofautishaji wa athari hizi zote mbele ya Cu(0) imeonyeshwa. Hii inatokana sana na tasnia ya dawa na mwelekeo unaokua wa kurejesha na kutumia tena vichocheo vya chuma55,56.
Mwitikio wa saikolodiamu ya 1,3-dipolar kati ya asetilini na azidi kwa 1,2,3-triazole, uliopendekezwa kwa mara ya kwanza na Huisgen katika miaka ya 1960, unachukuliwa kuwa mwitikio wa maonyesho ya ushirikiano. Vipande vya triazole 1,2,3 vinavyotokana vinavutia sana kama dawa katika ugunduzi wa dawa kutokana na matumizi yao ya kibiolojia na matumizi katika mawakala mbalimbali wa matibabu.
Mwitikio huu ulipata umakini mpya wakati Sharpless na wengine walipoanzisha dhana ya "kemia ya kubofya"59. Neno "kemia ya kubofya" linatumika kuelezea seti thabiti na teule ya athari kwa usanisi wa haraka wa misombo mipya na maktaba za ujumuishaji kwa kutumia uunganishaji wa heteroatomic (CXC)60. Mvuto wa sintetiki wa athari hizi ni kutokana na mavuno mengi yanayohusiana nazo. Hali ni rahisi, upinzani kwa oksijeni na maji, na utenganisho wa bidhaa ni rahisi61.
Kisaikolojia cha kawaida cha 1,3-dipole Huisgen hakianguki katika kategoria ya "kemia ya kubofya". Hata hivyo, Medal na Sharpless walionyesha kuwa tukio hili la kuunganishwa kwa azide-alkyne hupitia 107-108 mbele ya Cu(I) ikilinganishwa na kasi kubwa katika kiwango cha saikolojia isiyo ya kichocheo ya 1,3-dipolar 62,63. Utaratibu huu wa mmenyuko wa hali ya juu hauhitaji kulinda vikundi au hali kali za mmenyuko na hutoa ubadilishaji na uteuzi karibu kamili kwa 1,4-displaced 1,2,3-triazoles (anti-1,2,3-triazoles) baada ya muda (Mchoro 3).
Matokeo ya isometriki ya saiklodi za Huisgen za kawaida na zilizochochewa na shaba. Saiklodi za Huisgen zilizochochewa na Cu(I) hutoa triazoli 1,2,3 zilizobadilishwa na 1,4 pekee, huku saiklodi za Huisgen zinazosababishwa na joto kwa kawaida hutoa triazoli 1,4 na 1,5 mchanganyiko wa stereoisomers za azole wa 1:1.
Itifaki nyingi zinahusisha upunguzaji wa vyanzo thabiti vya Cu(II), kama vile upunguzaji wa CuSO4 au kiwanja cha Cu(II)/Cu(0) pamoja na chumvi za sodiamu. Ikilinganishwa na athari zingine zilizochochewa na metali, matumizi ya Cu(I) yana faida kuu za kuwa ya bei nafuu na rahisi kushughulikia.
Uchunguzi wa kinetiki na isotopiki uliofanywa na Worrell et al. 65 umeonyesha kuwa katika kesi ya alkynes za mwisho, sawa mbili za shaba zinahusika katika kuamsha mmenyuko wa kila molekuli kuhusiana na azidi. Utaratibu uliopendekezwa unaendelea kupitia pete ya chuma ya shaba yenye sehemu sita iliyoundwa na uratibu wa azidi kwa asetilidi ya shaba iliyounganishwa na σ na shaba iliyounganishwa na π kama ligandi thabiti ya wafadhili. Viambato vya triazoli ya shaba huundwa kama matokeo ya mkazo wa pete ikifuatiwa na mtengano wa protoni ili kuunda bidhaa za triazoli na kufunga mzunguko wa kichocheo.
Ingawa faida za vifaa vya kemia ya mtiririko zimeandikwa vizuri, kumekuwa na hamu ya kuunganisha zana za uchambuzi katika mifumo hii kwa ajili ya ufuatiliaji wa mchakato wa wakati halisi katika situ66,67. UAM imethibitishwa kuwa njia inayofaa ya kubuni na kutengeneza vinu vya mtiririko wa 3D tata sana kutoka kwa nyenzo zinazofanya kazi kichocheo, zinazopitisha joto zenye vipengele vya kuhisi vilivyopachikwa moja kwa moja (Mchoro 4).
Kinu cha mtiririko wa alumini-shaba kilichotengenezwa kwa utengenezaji wa viongeza vya ultrasonic (UAM) chenye muundo tata wa chaneli ya ndani, thermocouples zilizojengwa ndani na chumba cha mmenyuko cha kichocheo. Ili kuibua njia za maji ya ndani, mfano wa uwazi uliotengenezwa kwa kutumia stereolithography pia umeonyeshwa.
Ili kuhakikisha kwamba vinu vya umeme vinatengenezwa kwa ajili ya athari za kikaboni za siku zijazo, miyeyusho lazima iwekwe moto kwa usalama juu ya kiwango chao cha kuchemka; hupimwa shinikizo na halijoto. Upimaji wa shinikizo ulionyesha kuwa mfumo unadumisha shinikizo thabiti na la kudumu hata katika shinikizo lililoinuliwa katika mfumo (1.7 MPa). Vipimo vya hidrostatic vilifanywa katika halijoto ya kawaida kwa kutumia H2O kama kimiminika.
Kuunganisha thermocouple iliyojengewa ndani (Mchoro 1) kwenye kumbukumbu ya data ya halijoto ilionyesha kuwa halijoto ya thermocouple ilikuwa 6 °C (± 1 °C) chini ya halijoto iliyopangwa katika mfumo wa FlowSyn. Kwa kawaida, ongezeko la halijoto la 10 °C huongeza maradufu kiwango cha mmenyuko, kwa hivyo tofauti ya halijoto ya digrii chache tu inaweza kubadilisha kiwango cha mmenyuko kwa kiasi kikubwa. Tofauti hii inatokana na upotevu wa halijoto katika RPV yote kutokana na usambaaji mkubwa wa joto wa vifaa vinavyotumika katika mchakato wa utengenezaji. Mtiririko huu wa joto ni wa kudumu na kwa hivyo unaweza kuzingatiwa wakati wa kuweka vifaa ili kuhakikisha halijoto sahihi zinafikiwa na kupimwa wakati wa mmenyuko. Kwa hivyo, zana hii ya ufuatiliaji mtandaoni hurahisisha udhibiti mkali wa halijoto ya mmenyuko na inachangia uboreshaji sahihi zaidi wa mchakato na ukuzaji wa hali bora. Vihisi hivi vinaweza pia kutumika kugundua athari za exothermic na kuzuia athari zinazoendelea katika mifumo mikubwa.
Kinu kilichowasilishwa katika karatasi hii ni mfano wa kwanza wa matumizi ya teknolojia ya UAM katika utengenezaji wa vinu vya kemikali na kinashughulikia mapungufu kadhaa makubwa yanayohusiana na uchapishaji wa AM/3D wa vifaa hivi, kama vile: (i) Kushinda matatizo yaliyobainika yanayohusiana na usindikaji wa aloi ya shaba au alumini (ii) kuboresha azimio la ndani la njia ikilinganishwa na mbinu za kuyeyusha poda (PBF) kama vile kuyeyusha leza teule (SLM)25,69 Mtiririko duni wa nyenzo na umbile mbaya la uso26 (iii) halijoto ya chini ya usindikaji, ambayo hurahisisha vitambuzi vya kuunganisha moja kwa moja, ambayo haiwezekani katika teknolojia ya poda, (v) kushinda sifa duni za kiufundi na unyeti wa vipengele vinavyotokana na polima kwa miyeyusho mbalimbali ya kawaida ya kikaboni17,19.
Utendaji wa kinu hicho ulionyeshwa na mfululizo wa athari za alkinazide zilizochochewa na shaba chini ya hali ya mtiririko endelevu (Mchoro 2). Kinu cha shaba kilichochapishwa kwa ultrasonic kilichoonyeshwa kwenye mchoro 4 kiliunganishwa na mfumo wa mtiririko wa kibiashara na kutumika kutengeneza maktaba ya azide ya triazole mbalimbali za 1,2,3-triazole zilizobadilishwa 1,4 kwa kutumia mmenyuko unaodhibitiwa na halijoto ya asetilini na halidi za kikundi cha alkyl mbele ya kloridi ya sodiamu (Mchoro 3). Matumizi ya mbinu ya mtiririko endelevu hupunguza masuala ya usalama ambayo yanaweza kutokea katika michakato ya kundi, kwani mmenyuko huu hutoa viunganishi vya azidi tendaji na hatari sana [317], [318]. Hapo awali, mmenyuko huo uliboreshwa kwa ajili ya kuongeza cycloaddition ya phenylesetilini na iodoethane (Mchoro 1 - Kuongeza cycloaddition ya phenylesetilini na iodoethane) (tazama Mchoro 5).
(Juu kushoto) Mchoro wa mpangilio uliotumika kuingiza kinu cha 3DP kwenye mfumo wa mtiririko (juu kulia) uliopatikana kutoka kwa mpango ulioboreshwa (chini) wa mpango wa kuongeza mzunguko wa Huisgen 57 kati ya phenylacetylene na iodoethane kwa ajili ya uboreshaji na kuonyesha vigezo vya kiwango cha ubadilishaji vilivyoboreshwa vya mmenyuko.
Kwa kudhibiti muda wa makazi ya vitendanishi katika sehemu ya kichocheo cha kiakiolojia na kufuatilia kwa makini halijoto ya mmenyuko kwa kutumia kitambuzi cha thermocouple kilichounganishwa moja kwa moja, hali ya mmenyuko inaweza kuboreshwa haraka na kwa usahihi kwa muda na vifaa vya chini kabisa. Iligundulika haraka kwamba ubadilishaji wa juu zaidi ulipatikana kwa kutumia muda wa makazi wa dakika 15 na halijoto ya mmenyuko ya 150°C. Inaweza kuonekana kutoka kwa mchoro wa mgawo wa programu ya MODDE kwamba muda wa makazi na halijoto ya mmenyuko vinachukuliwa kuwa hali muhimu za modeli. Kuendesha kiboreshaji kilichojengewa ndani kwa kutumia hali hizi zilizochaguliwa huunda seti ya hali ya mmenyuko iliyoundwa ili kuongeza maeneo ya kilele cha bidhaa huku ikipunguza maeneo ya kilele cha nyenzo za kuanzia. Uboreshaji huu ulitoa ubadilishaji wa 53% wa bidhaa ya triazole, ambao ulilingana kabisa na utabiri wa modeli wa 54%.