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 Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Долгое время считалось, что гигантские стрекозообразные, жившие 300 миллионов лет назад, стали такими из‑за высокого содержания кислорода. Тогда в атмосфере его было около 30% вместо сегодняшних 21%. Учёные полагали, что крупные насекомые задохнулись бы в нашей атмосфере. Но оказалось, что это не так.
Считается, что современная музыка стала простой и даже примитивной. Ученые из Италии математически проверили эту гипотезу и подтвердили, что даже самые сложные жанры со временем стали дрейфовать к простоте и повторам одних и тех же составляющих.
Шведские биологи отследили миграцию обыкновенного соловья с помощью миниатюрных датчиков-рюкзаков. Как оказалось, при пересечении Сахары и Аравийской пустыни птицы летят только по ночам и не ищут пищу. Соловьи преодолевают пустыню без дозаправки, полагаясь лишь на накопленный заранее жир.
Вода из другой звездной системы оказалась не похожа на земную: в составе третьего межзвездного объекта нашли рекордное содержание дейтерия — тяжелого изотопа водорода. Этот химический след указывает на необычные условия формирования системы, где возникла комета, и меняет представления о сценариях рождения далеких планетных систем.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
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