作者：Nature雜誌的Helen Shen，網址：Nature
研究人員展示了一種控制化學反應的新穎方法：藉助三維 (3D) 印表機和通常用於浴室的矽基密封膠，將反應容器作為實驗本身的組成部分。這項研究結果於4月15日發表在《自然化學》雜誌上，有望為新一代定製實驗室器皿開啟大門，以滿足個別研究人員的需求。
由蘇格蘭格拉斯哥大學的化學家勒羅伊·克羅寧領導的研究人員利用3D列印技術（一種計算機引導的逐層構建固體物體的過程），用速幹浴室密封膠澆鑄了各種反應容器。其中一個容器使用摻有催化劑的“墨水”列印而成，使容器壁能夠驅動化學反應。另一個容器包含內建電極，電極由印有導電碳基新增劑的細長聚合物條製成。這些條帶攜帶電流，刺激容器內發生電化學反應。
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克羅寧說：“在過去的200年裡，化學反應都是在固定的、被動的反應器中進行的。”他指的是大多數化學實驗室的標準配置——傳統的玻璃燒瓶和其他容器。“這種情況剛剛改變了。”
研究小組使用這種新型實驗室器皿（他們稱之為“反應器皿”）合成了三種新型化合物：兩種無機固體和一種有機液體。
研究人員還列印了定製的容器，容器上帶有孔和槽，可以新增額外的硬體，例如玻璃觀察窗、光纖電纜或用於監測和控制化學反應的電極。整合的光纖幫助研究人員分析容器內溶液顏色的變化，而無需傾析產物。
在每個實驗中，科學家們都用針刺穿反應容器，並將來自不同孔的試劑吸入混合室。由浴室密封膠製成的容器在使用後會在穿刺部位周圍自動重新密封。研究人員還切開了一些他們製作的容器，以回收固體反應產物，然後將兩半粘合在一起用於後續實驗。
克羅寧表示，用於這項工作的3D印表機成本為2000美元，浴室密封膠在五金店即可買到。他和他的同事使用免費的開源軟體設計了容器並控制了印表機。克羅寧說，該系統將使科學家能夠以以前可能不經濟的方式測試化學過程，例如僅生產少量特定藥物的片劑。
令人沮喪的成果
這個想法 возникло 在克羅寧使用微流控裝置以受控模式將試劑從一個反應室轉移到另一個反應室時產生的。克羅寧發現他正在使用的裝置難以修改，於是與研究報告的共同作者、Uformia公司的聯合創始人圖爾利夫·維爾布蘭特合作。Uformia公司位於挪威弗魯弗拉滕，生產用於3D列印的建模軟體。克羅寧意識到這項技術可以快速生產可重新配置的實驗室器皿，包括化學增強容器。
加利福尼亞州斯坦福大學的有機化學家鮑哲楠說：“許多化學家會思考他們可以用這種非常便宜且用途廣泛的系統做什麼。”鮑哲楠看到了這項技術在加速實驗設計和故障排除方面的潛力。研究人員無需逐個測試不同的反應條件，而是可以將微小的、定製列印的實驗室器皿與監測器整合，以並行測試多種條件，且只需少量試劑。
伊利諾伊州埃文斯頓市西北大學的物理化學家巴託斯·格齊博夫斯基表示，鑑於許多標準反應中使用的玻璃器皿成本已經很低，研究界可能需要一段時間才能意識到這種新型實驗室器皿的潛力。但是，他指出，“化學不僅是反應，也是實現反應的技術。作為一個學科，我們應該更加開放。”格齊博夫斯基表示，人道主義或軍事任務也可以使用該系統列印用於行動式藥物合成的臨時實驗室裝置。
在遙遠的未來，克羅寧設想研究人員，甚至可能是普通消費者，都可以下載類似於智慧手機應用程式的3D列印程式。此類應用程式可能會指示印表機建立一個內建預程式設計和完全測試過的化學反應的容器。
鮑哲楠指出，所使用的聚合物不適用於所有化學反應或高溫下使用。克羅寧說，該團隊正在測試不同的墨水材料，以 выяснить 它們是否比浴室密封膠更耐熱和耐腐蝕條件。“它不如鋼鐵或玻璃堅固，但我認為你獲得的靈活性是一項顛覆性變革，”克羅寧說。
本文經Nature雜誌許可轉載。該文章於2012年4月16日首次發表。