Опрос

Какие рубрики вам наиболее интересны?

View Results

Loading ... Loading ...

Наши партнеры

  • .

Последние комментарии

МИКРОТЕХНИКА ДЛЯ КРАСОТЫ

Опубликовал Сергей 16 января 2011 в рубрике Наука.

В микросмесителях и микрореакторах вещества сталкиваются в тысячах тонких каналов. Так, через несколько секунд, образуются готовые к употреблению продукты: кремы для рук и лица, медикаменты, интенсивные пигменты или изысканные блюда для гурманов.

Началось все с патента, которым поначалу никто особо не заинтересовался. Сейчас профессор Технического университета в Мюнхене Норберт Швезингер, занимающийся микроструктурированными мехатронными системами, по нескольку раз в году ездит в Париж на фирму «Кристиан Диор», чтобы до блеска отшлифовать свое изобретение: мини косметическую фабрику для домашней ванной. Одним нажатием кнопки его прибора можно изготовить свежие душистые кремы для лица и лосьоны для тела, непосредственно перед нанесением на кожу.

В головке флакона, откуда вспенивается только что смешанная белая масса, установлен крошечный микросмеситель — пластинка, величиной с ноготь. Бутылочка состоит из двух камер. Из одной всасывается масляная, а из другой водяная фаза, затем они спрессовываются в смесителе, внутри которого вытравлены от ста до нескольких тысяч каналов. Их едва ли можно увидеть простым глазом — от 75 до 250 мкм в диаметре, они не толще волоса.

В каналах микрореактора частички веществ сталкиваются друг с другом, иногда реагируя между собой и увеличивая смесь в объеме. В этом главное отличие микроаппаратов от их больших «родственников». Ведь до сих пор на фабриках химические смеси бурлят в огромных котлах, и метровые лопасти перемешивают жидкости.

Самый маленький из микроаппаратов — смеситель Швезингера из кремния. На первый взгляд крем, полученный в смесителе, ничем не отличается от обычного продукта из тюбика. Капельки масла отделяются от капелек воды в креме, как сливки от молока, — лишь через полчаса. Но за это время они успешно могут впитаться в кожу. При этом продукт из чудесного флакона не содержит стабилизаторов! Химические добавки надолго связывают масло и воду в косметических средствах. Однако у некоторых людей появляется аллергия на эти вещества. Они составляют львиную долю — до 90% — в лосьонах и кремах. Крошечный миксер в головке делает такие добавки излишними.

Прототип прибора Швезингер разработал вместе со специалистами известной косметической фирмы. Сам микросмеситель составит лишь небольшую часть цены сосуда и упаковки и стоит от 50 центов до 1,5 евро. Совсем скоро «Кристиан Диор» надеется дать своим клиенткам свежесмешанные кремы для утреннего туалета. Но для этого нужно устранить еще одну последнюю проблему: небольшое количество масел и воды остается в канальцах, и постепенно расщепляясь, на следующее утро повлияет на качество следующей порции крема. Если этот барьер будет взят, то микроаппарат впервые станет частью массовой продукции.

Пока маленькие смесители и реакторы находят свое применение в химических лабораториях. Там с их помощью пытаются придать веществам новые свойства. Доктор Сергио Фрайтас из Института фармацевтических наук в Цюрихе создает в микрореакторах медикаменты. Он занимается биологически активными добавками, которые обычно распадаются в теле человека так быстро, что не успевают подействовать. Сейчас их пытаются защитить биологически устраняемой искусственной оболочкой. Такие микрошарики Фрайтас получает из микросмесмесителя, разработанного в Институте микротехники в Майнце.

Конечно, медикаменты можно упаковывать в капсулы и в химическом стакане, но при этом шарики получаются различной величины. В микросмесителе можно точно установить величину шариков, исходя из толщины канальцев и скорости протекания. Величина невидимых микрокапсул оказывается решающим фактором. Если они получаются слишком большими, то их нельзя ввести пациентам при инъекции. Если слишком малы, тоже очень быстро исчезают в теле. В большинстве случаев биологически активные элементы должны находиться на одном месте многие месяцы. Коллега доктора Фрайтаса, Вера Лугинбюль, упаковывает материал, способствующий быстрому срастанию костей. Невидимые шарики вводятся пациенту непосредственно в место перелома. В скором времени препарат должен пройти клинические испытания.

Фирма «Клариант» уже целый год производит в установке из трех микрореакторов на территории Индустриального парка Хёхст около Франкфурта желтый пигмент для печати, получая примерно 3 т желтого порошка в год. Продукт из микрореактора отличается от изготовленного на обычной установке более ярким цветом, поскольку его частички меньше и одинаковы по величине. По словам доктора Детлефа Веле, ответственного за технологический процесс, они чище, потому что в узких канальцах происходит меньше нежелательных побочных реакций.

Сегодня обычная большая установка производит в 10 — 20 раз больше, чем микрореакторы. Сложно параллельно включить больше, чем три таких микроаппарата, и повысить выход продукта: подача жидкости и газа должна при этом разделяться на одинаково сильные, стабильные потоки. И если происходит хотя бы небольшое отклонение, то система нарушается.

Рациональнее было бы увеличить каждый реактор, к примеру, до размеров холодильника. При этом реакция по-прежнему протекает в маленьких канальцах, лишь число их увеличивается, например, с 500 до 5000. Но с переходом на микрореакторы фабрикам потребуется такая же площадь, т.к. им тоже нужны тяжеловесные насосы, многометровые, толстые провода, а также отстойники величиной с товарный вагон. «Собственно сердце — реактор — нужно будет разыскивать в путанице из труб, бочек и бункеров», — считает Веле.

Однако на специалистов производит впечатление не размеры установки, а то, что по крошечным канальцам можно транспортировать твердое вещество, порошок. Несколько лет назад это считалось невозможным. Тонкие канальцы непременно должны были закупориваться, если при изготовлении продуктов использовались порошки: сначала на стенках канальцев образовывалась корочка, они суживались и, в конце концов, становились непроходимыми. Лишь когда хитроумные инженеры взялись за решение этой проблемы, создание микрореакторов постепенно пошло в гору.

Одно из решений нашел доктор Бернд Пент, специалист фирмы «Химический синтез» из г. Лебаха (Саар, Германия). Посредством гениально простого трюка ему удалось предупредить образование пробки: он использовал реактор в форме буквы «Т».

Обе жидкости, которые должны реагировать друг с другом, сталкиваются в тысячах канальцев вдоль рукавов «Т» и встречаются, как тонкие лучи, в середине. Через несколько секунд непременно выпадет твердое вещество. В реакторе находится свободное пространство (щель), через которое постоянно вдувается сильный поток газа. Только образовавшиеся частички с силой выбрасываются из реактора. Так в «Химическом синтезе» производят частички в несколько нанометров, которые используются в кремах от загара, автомобильных лаках и покрытиях для дерева. Такого размера частиц удалось достичь только в реакторе Пента.

Наряду с «Химическим синтезом», и другие фирмы стали производить микроаппараты и продавать их химическим предприятиям. Сейчас на рынке предлагают маленькие элементы: в металле, стекле, керамике или искусственных материалах, в форме пластинок, цилиндров, кубиков и т.д. — в зависимости от назначения.

Микрореакторы производят одинаковые по величине частички, шарики и зерна, кроме того, их можно мгновенно разогреть или охладить. Котел величиной с дом делает это в течение многих часов. Инженер-химик Петер Пфайфер из Института техники микропроцессов в исследовательском центре г. Карлсруэ изучает возможность введения водорода в клетки автомобильного горючего при помощи микрореакторов. «Большие системы здесь слишком медленны. Тот, кто стоит перед светофором и дает газ, не хочет двинуться лишь через полминуты», — говорит Пфайфер. В микрореакторе исследователя из Карлсруэ это длится лишь секунды, пока водород из реактора выстрелит в направлении топлива. Тонкие стенки и короткие пути быстро нагреют и снова охладят его. Благодаря этому, система почти мгновенно реагирует на движение ноги водителя.

То, что вдохновение исследователей еще далеко не исчерпано, доказывает идея французского химика Эрве Тиса из Колледж де Франс в Париже. Он видит микро аппараты на службе у кулинарии и считает, что с их помощью можно составлять совершенно новые блюда. «Следует знать, что вкус зависит от консистенции. Если играешь с ней, то играешь и со вкусом», — объясняет Тис. Исследователи в Майнце делают первые опыты с картофельным пюре, водой и маслом в микросмесителе. Способ смешивания становится рецептом, а желание экспериментировать у повара не знает границ. Он может выбирать добавки и их количество и таким образом отшлифовывать рецепт. «Томатную пасту на линию 1, пюре на линию 2 и немного эссенции на линию 3» — это может стать частью процедуры приготовления пищи гурманов XXI в.! Вместо больших чанов на кухне будут жужжать микросмесители и в качестве первого блюда — подаваться «суп а ля микрореактор».

Читайте также:

АСКЛЕПИЙ ИЗ БАРОКАМЕРЫ
Вокруг земного шара
Азбука вкуса.
Наука и техника стремятся в наномир.


Написать комментарий

RSS

rss Подпишитесь на RSS для получения обновлений.