Синтез материалов с нескольких часов до секунд рекордно сократили в ЮФУ

Фото: ЮФУ

В ЮФУ рекордно сократили синтез материалов с нескольких часов до секунд, сообщает центр общественных коммуникаций вуз.

Здесь создают уникальные микрофлюидные чипы, в которых по узким каналам движутся крошечные капли жидкости. В научном сообществе направление микрофлюидики начало развиваться сравнительно недавно, однако спрос на такие технологии уже колоссальный. Их применяют в медицине, фармацевтике, химической промышленности и других областях.

Международный исследовательский институт интеллектуальных материалов ЮФУ активно развивает это направление в России. В том числе в рамках реализации проекта «Технологии полного цикла для экспресс-разработки функциональных материалов низкоуглеродной экономики под управлением искусственного интеллекта» федеральной программы «Приоритет-2030» (нацпроект «Наука и университеты»). Здесь ученые создают новые материалы для промышленности, используя уникальные в своем роде микрофлюидные чипы, разработанные в МИИ ИМ методом 3D-печати. Современные достижения в области 3D-печати позволяют делать сложную геометрию каналов микрофлюидных устройств доступными и настраиваемыми. Однако есть одна сложность: использование фотополимерной смолы при 3D-печати может привести к притягиванию ионов металла к стенкам каналов.

В недавнем исследовании команда учёных предложила систему 3D-печати для синтеза наночастиц благородных металлов в связке с компьютерным алгоритмом подбора параметров реакции и in situ диагностики (диагностика в реальном времени). Это поможет решить проблему скрининга наночастиц в реальном времени и предотвратить осаждение металлов на стенках каналов.

«Точный подбор свойств материала требует множества проб и ошибок в процессе синтеза. При своем образовании наночастицы металлов проходят несколько стадий восстановления, кластеризации, коалесценции и роста. Таким образом, результирующие свойства коллоидного раствора зависят от концентраций реагентов, внешней температуры, протокола синтеза и квалификации исследователя, определяющего воспроизводимость и качество. Автоматизированные проточные системы преодолевают трудности, присущие традиционным методам дозирования. Микрофлюидные системы представляют собой хорошую альтернативу для сбора данных с высокой производительностью в сравнении с традиционными методами синтеза», – отметил инженер-исследователь лаборатории «Микрофлюидные технологии для ускоренного синтеза материалов» МИИ ИМ ЮФУ Сергей Чапек.

Исследование подтвердило эффективность использования алгоритмов машинного обучения для подбора параметров в реальном времени в микрофлюидных процессах синтеза. Кроме того, они создали капли специальной формы, которые удобны для оптической и рентгеновской диагностики традиционными методами. Данная технология является перспективной, позволяет создавать сложные устройства за короткое время и проводить быстрый и непрерывный скрининг процессов. По словам ученого, на сегодняшний день ей нет аналогов.

Данная работа, привлекая внимание в области 3D-печатной микрофлюидики и компьютерных алгоритмов управления, имеет высокий потенциал для развития новых методов синтеза материалов и создания инновационных систем.