В ЮФУ рекордно сократили синтез материалов с нескольких часов до секунд
Международный исследовательский институт интеллектуальных материалов ЮФУ совместно с Институтом математики, механики и компьютерных наук ЮФУ и ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН предложили 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.
В Южном федеральном университете 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.
Многие из нас, услышав о работе современных ученых над микрофлюидными чипами, могли бы представить себе стандартные электронные микросхемы из кремния и метала. Однако микрофлюидика — это совсем другая технология, ориентированная на управление потоками жидкостей и газов на микроскопическом уровне через микронные каналы. Она позволяет быстро работать с минимальными объемами реактивов.
За последние пять лет мировое развитие микрофлюидного синтеза получило сильный импульс. Это связано с тем, что в традиционных методах синтеза, в отличие от микрофлюидики, в больших объемах сложно контролировать свойства наночастиц и адсорбентов. Микрофлюидные технологии же позволяют точно контролировать условия реакции и быстро перемешивать растворы, что значительно сокращает время синтеза с нескольких часов до нескольких минут и даже секунд.
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 связи с этим в недавнем исследовании междисциплинарная команда МИИ ИМ совместно с Институтом математики, механики и компьютерных наук ЮФУ и ФНИЦ «Кристаллография и фотоника» РАН, в числе которых ведущие исследователи Сергей Чапек, Виктора Шаповалова, Андрей Терещенко, Алексей Булгакова, Антон Баглий, Владимир Волков, Петр Конарев, Михаил Солдатов, Александр Гуда под руководством научного руководителя направления ЮФУ «Науки о материалах и синхротронно-нейтронные исследования», профессора, члена научного комитета установки «Сибирский кольцевой источник фотонов» Александра Солдатова, 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. Результаты работы опубликованы в журнале Micro and Nano Engineering.
«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.
«Наиболее интересным этапом исследования было создание микрофлюидных устройств, так как это новое направление, требующее особенного внимания к проектированию и тестированию сначала функциональных прототипов, а потом и использование в основном эксперименте.
Мы активно развиваем идею применения автоматизированных микрофлюидных систем, полученных методом 3D-печати, и осуществления экспериментов под управлением искусственного интеллекта. Данная статья является одним из первых шагов в развитии отечественной системы и создания нового направления в области 3D-печатной микрофлюидики и компьютерных алгоритмов управления для данных систем», – рассказал ученый.
Исследователь также отметил, что 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.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Физики экспериментально подтвердили эффективность ионно-плазменного метода удаления радиоактивных загрязнений с поверхностей металлоконструкций ядерных реакторов. Новая технология позволяет очищать внутриконтурное оборудование от отложений сложного химического состава без образования опасных жидких радиоактивных отходов. Благодаря этому она даст возможность повторно использовать реакторные сплавы и снизит затраты на их переработку.
Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно