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Chemie-Forschung: Mini-Reaktoren aus dem 3D-Drucker

Statt in riesigen Fabrikanlagen könnten Medikamente und andere chemische Stoffe künftig in kleinen Reaktoren produziert werden. Denkbar ist der Einsatz der Anlagen aus dem 3D-Drucker in Krankenhäusern oder bei Kranken zu Haus.

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Ein Rendering eines 3D-Druckers, auf dem Drucktisch stehen gedruckte Minireaktoren

(Bild: Sergey S. Zalesskiy, Leroy Cronin)

Medikamente und andere chemische Stoffe zu produzieren ist teuer und aufwändig: entweder werden sie per Hand im Labor oder in eigens konstruierten, teuren Großanlagen synthetisiert. 3D-Drucker machen eine dritte Option möglich: Mini-Anlagen werden aus einem Modulsystem individuell zusammengestellt und bei Bedarf schnell und günstig gedruckt. Ein Team der Uni Glasgow hat einen solchen Modellreaktor entworfen und darin erfolgreich einen Arzneistoff produziert.

Der ausgedruckte Bioreaktor mit dem darin produzierten Arzneistoff Baclofen

(Bild: Philip J. Kitson, Leroy Cronin)

Modulare Reaktionsanlage

Zu den jeweils notwendigen Reaktionsschritten bei der Herstellung entwickelten die Forscher passende Mini-Reaktoren in einem modularen Design. Je nach Anforderung können die Realtionskammern etwa mit Filtern oder verschiedenen Zu- und Abflüssen ausgestattet werden. Am Ende werden die Module zu einer Produktionsanlage zusammengefügt, in der die Reaktionen möglichst eigenständig ablaufen – Ziel der Arbeit ist außerdem die Automatisierung der Produktion im kleinen Maßstab.

Möglich macht dies Technik, die auch unter Makern beliebt ist: Die Reaktionskammern hat das Team mit der Open-Source-Software OpenSCAD in 3D modelliert und anschließend auf einem Ultimaker 2 ausgedruckt. Als Filament verwendeten sie Polypropylen. Im Vergleich zu Glaskammern ist die Ausbeute im Modellreaktor damit etwas geringer, sodass weitere druckbare Materialien getestet werden sollten. In Zukunft könnten so Krankenhäuser vor Ort Medikamente herstellen oder auch Kranke im eigenen Haus – die notwendigen Ausgangsstoffe bräuchten sie allerdings immer noch. Notwendig sei auch ein neuer Rechtsrahmen, um die Qualität der Produktion sicherzustellen.

Modulare Komponenten der Anlage

(Bild: Science)

Die verwendeten OpenSCAD-Libraries und erstellten Modelle können bei Science frei heruntergeladen werden.

Das Paper: P. J. Kitson, G. Marie, J.-P. Francoia, S. S. Zalesskiy, R. C. Sigerson, J. S. Mathieson, L. Cronin, Digitization of multistep organic synthesis in reactionware for on-demand pharmaceuticals, Science, 2018 (hch)