• microreattore
• microcanale
• laser CO2
• vetro

Il presente elaborato nasce con lo scopo di studiare e illustrare l’impiego di una sorgente laser CO2 per la realizzazione di canali costituenti i microreattori i quali, oggigiorno, rappresentano una delle più importanti e significative innovazioni in più campi disciplinari, come l’industria chimica e farmaceutica.
Prima di procedere con i test sperimentali, è stato essenziale un lavoro preliminare di ricerca e raccolta bibliografica riguardante le tecniche impiegabili per la fabbricazione di microreattori, così come la valutazione dello stato dell’arte circa, in generale, la tecnologia laser: in particolare, si è cercato di comprendere quale potesse essere l’influenza dei parametri di processo, come ad esempio potenza, focalizzazione e velocità di scansione, sulla forma della sezione del canale e sulla finitura superficiale delle pareti interne dello stesso. Infine, anche la scelta del vetro, come materiale di composizione per il microreattore in oggetto, è stata particolarmente significativa: si è optato, infatti, per un vetro di tipo float Planibel, il quale si distingue dagli altri per le poche lavorazioni di trasformazione e componenti di “base”. Nel complesso, la particolarità di questo progetto risiede nel basso costo e nell’economicità delle attrezzature realizzate.
Dopo una panoramica teorica sui microreattori, il vetro e le tecnologie laser, si è proceduto con la presentazione dei test sperimentali e una successiva interpretazione dei risultati ottenuti. Per quanto concerne più precisamente l’obiettivo del lavoro sperimentale, esso consiste nell’individuazione di uno o più microcanali di larghezza 1mm-10µm su vetro float che siano quanto più simmetrici possibile e con forma specifica, cioè ad U. È richiesto, inoltre, un aspetto “pulito” e un solco netto: non deve, quindi, avere cricche o essere frastagliato dato che le applicazioni e le reazioni per cui vengono realizzati richiedono la massima precisione e la non alterazione del campione chimico da oggetti esterni. Tuttavia, è stato riscontrato che nell’interazione laser-vetro la vaporizzazione del vetro porta residui nell’atmosfera circostante all’area di tale interazione: perciò, secondo lo stato dell’arte, al fine di proteggere il sistema di lenti dal vetro vaporizzato, è stato avanzato l’impiego di aria in pressione per rendere inerte, per l’appunto, l’atmosfera vicina al sistema di lenti che, se investiste dai pulviscoli di vetro, potrebbero alterare e degradare il fascio laser. Nel dettaglio, il presente lavoro sfrutta l’aria in pressione per un duplice scopo, cioè, proteggere il sistema di lenti del laser e asportare il vetro fuso creatosi sulla superficie del microcanale subito dopo il passaggio del fascio laser. In questo modo, il materiale fuso viene spinto verso l’esterno del canale investendo la zona di lavorazione con il suddetto getto d’aria in pressione: l’obiettivo è quello di ottenere un microcanale preciso, senza vetro risolidificato al suo interno.
Più nello specifico, l’articolazione di questo elaborato prevede di fornire con il Capitolo 1 un’ampia descrizione della microfluidica quale campo di ricerca interdisciplinare riguardante tecniche di rilevamento, manipolazione e processazione di reazioni che si svolgono all’interno di piccoli canali ben definiti, andando ad esaminare quantità esigue di sostanze rare e/o molto preziose. Tale capitolo descriverà con maggiori dettagli il concetto di microreattore, fornendone una definizione e una panoramica sulle caratteristiche più rilevanti, incluse quelle relative alla fabbricazione e ai materiali utilizzati.
Il Capitolo 2 si occuperà in modo sostanziale della struttura chimica del vetro, della composizione e del processo produttivo; verranno poi approfonditi alcuni aspetti
riguardanti il vetro soda-lime e borosilicato: questi, infatti, risultano essere quelli più utilizzati, secondo lo stato dell’arte, per la costruzione di microreattori. Come già detto, si analizzeranno poi più dettagliatamente le caratteristiche relative al vetro float, le quali potrebbero incidere sui risultati finali dell’esperimento oggetto di questo lavoro e, più in generale, le proprietà più rilevanti del vetro, ovvero meccaniche, termiche, ottiche, chimiche e quelle relative alla viscosità.
Il Capitolo 3 si focalizza esattamente sulle particolarità riguardanti i laser, i loro principi di funzionamento e i componenti più significativi; verranno poi esaminati alcuni aspetti del laser CO2: questo, infatti, risulta essere quello più utilizzato, secondo lo stato dell’arte, per la costruzione di microreattori in vetro.
Infine, il Capitolo 4 si avvia alla presentazione della progettazione e dello sviluppo dell’attrezzatura di laboratorio, della creazione del piano di esperimenti, dell’esecuzione dei test sperimentali e dell’interpretazione dei risultati con il supporto di fotografie e di un’apposita Appendice: si tratta, nello specifico, di un supplemento aggiunto a fine capitolo contenente il materiale rilevante delle prove svolte per una maggiore e più esaustiva comprensione. L’elaborato terminerà poi con un commento finale su quanto esposto, fornendo perciò un’interpretazione conclusiva dei risultati raggiunti e dell’intero lavoro.