ПЕРМЬ, 29 августа. /ТАСС/. Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) и Института механики сплошных сред УрО РАН (Пермь) при участии коллег из Израильского технологического института - Технион (Хайфа) нашли способ ускорить процессы смешивания веществ в микрореакторах, которые используют в микробиологии, тонком органическом синтезе, фармацевтике, биомедицине и микроробототехнике. Об этом ТАСС сообщили в понедельник в пресс-службе пермского вуза.
"Микрожидкостные чипы широко используют в микробиологии, тонком органическом синтезе, фармацевтике, биомедицине и микроробототехнике. Размер микрореакторов в этих системах составляет менее 1 мм. Для эффективного проведения реакций часто необходимо быстро смешивать вещества. Стандартные способы не подходят для этих целей из-за небольшого размера. Группа исследователей, в которую вошли ученые Пермского политеха, изучила механизмы естественной конвекции для смешивания жидкостей. Исследование ученых позволит разработать отечественную технологию создания сетей микрореакторов проточного типа, которые можно будет использовать в фармацевтическом производстве", - рассказали в университете.
По словам ученых, за последние 50 лет размер реакторов резко уменьшился и сейчас находится в миллиметровом и субмиллиметровом диапазоне. Но это привело к проблемам со смешиванием реагентов. Оно становится возможным только за счет диффузии, однако этот процесс происходит медленно. Чтобы ускорить реакцию, можно применять конвекцию - вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается потоками самого вещества.
"Для сложных реакций проточные микрореакторы представляют собой разветвленную сеть каналов. Продукты тонкого органического синтеза получают в результате цепочки многокомпонентных и многостадийных реакций, которые протекают в разных условиях и с разной скоростью. Это позволяет обеспечить высокую производительность, стабильные условия реакции, эффективный контроль потребления реагентов и энергии", - рассказал заведующий кафедрой прикладной физики ПНИПУ, доктор физико-математических наук, доцент Дмитрий Брацун.
Разработчики провели серию экспериментов и изучили эффективность использования естественной конвекции для смешивания растворов. Процессы они исследовали на основе Y-образного микрореактора - типичного элемента микрожидкостной сети. Для визуализации потоков исследователи использовали оптические методы, а степень смешивания веществ оценили с помощью флуоресцентного красителя. 3D-моделирование позволило им оценить длину канала, в котором растворы полностью смешиваются. Ученые выяснили, что по сравнению с диффузией, смешивание происходило быстрее. По словам разработчиков, для определенных реакционных схем естественная конвекция может стать эффективным инструментом для проведения реакций в микрожидкостных устройствах проточного типа.
Об исследовании
Результаты исследования разработчики представили в журнале Microgravity Science and Technology. Исследование проводилось в рамках программы стратегического академического лидерства "Приоритет-2030" при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования России, правительства Пермского края и стипендии президента Российской Федерации для молодых ученых.
Пермский политех стал обладателем гранта "Приоритет-2030" в размере 100 млн рублей в 2021 году. "Приоритет-2030" является самой масштабной в истории России программой государственной поддержки и развития высших учебных заведений, цель которой - формирование к 2030 году в России более 100 прогрессивных современных университетов - центров научно-технологического и социально-экономического развития страны.