Изготовление стеклянных микрофлюидных чипов для исследования процессов вытеснения в пористых средах

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Ашық рұқсат Ашық рұқсат
Рұқсат жабық Рұқсат берілді
Рұқсат жабық Тек жазылушылар үшін

Аннотация

В данной работе представлен эффективный подход к изготовлению стеклянных микрофлюидных чипов для исследования физико-химических процессов на масштабе пор при многофазном течении в пористых средах, включающий в себя описание выбора материала, способов формирования микроканалов и склейки подложек, а также изготовления оснастки для фиксации чипа и подключения к источникам флюидов. Основное преимущество предлагаемого способа связано с доступностью используемых материалов и относительной простотой изготовления. В то же время изготовленные таким образом чипы обладают хорошими механическими свойствами, высокой оптической прозрачностью и химической инертностью. В работе изучается влияние различных параметров обработки материалов при изготовлении чипов на их характеристики и свойства. Полученные результаты могут быть использованы широким кругом исследователей при разработке собственных микрофлюидных платформ на основе стеклянных чипов не только для изучения многофазной фильтрации в пористых средах, но и для проведения химических реакций и различных исследований в области биомедицины.

Толық мәтін

Рұқсат жабық

Авторлар туралы

И. Гарифуллин

Уфимский университет науки и технологий

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: is@bgutmo.ru
Ресей, 450076, Уфа, ул. Заки Валиди, 32

О. Солнышкина

Уфимский университет науки и технологий

Email: s@bgutmo.ru
Ресей, 450076, Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Э. Батыршин

Уфимский университет науки и технологий; ООО “РН-БашНИПИнефть”

Email: batyrshines@bnipi.rosneft.ru
Ресей, 450076, Уфа, ул. Заки Валиди, 32; 450006, Уфа, ул. Ленина, 86/1

Әдебиет тізімі

  1. Walter R., Paul A. // Circular. 1956. V. 224. P. 32–38.
  2. Ахметов А.Т., Нигматулин Р.И., Федоров К.М. // Доклады Академии наук СССР. 1987. Т. 293, № 3. С. 558.
  3. Zamula Yu.S., Batyrshin E.S., Latypova R.R., Abramova O.A., Pityuk Yu.A. // J. Phys.: Conf. Ser. 2019. V. 1421. P. 012052. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1421/1/012052
  4. Sedaghat M., Mohammadzadeh O., Kord S., Chatzis I. // Can. J. Chem. Eng. 2016. V. 94. Iss. 4. P. 779. https://doi.org/10.1002/cjce.22445
  5. Batyrshin E.S., Solnyshkina O.A., Pityuk Yu. A. // Technical Physics. 2021. V. 66. Iss. 4. P. 543. https://doi.org/10.1134/S1063784221040034
  6. Solnyshkina О.А., Batyrshin E.S., Pityuk Yu. A. // Fluid Dynamics. 2021. V. 56. Iss. 4. P. 451. https://doi.org/10.1134/S001546282104011X
  7. Weipeng Y., Jun L., Bing W., Haiyang Y., Tianbo L. // ACS Omega. 2021. V. 6. Iss. 9. P. 6064.
  8. Xiaosen S., Yingrui B., Jinsheng S., Changyin D. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2019. V. 580. P. 123679. https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2019.123679
  9. Fani M., Pourafshary P., Mostaghimi P., Mosavat N. // Fuel. 2022. V. 315. P. 123225. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123225
  10. Esfandiarian A. // J. Mol. Liq. 2023. V. 385. P. 122331. https://doi.org/10.1016/j.molliq.2023.122331
  11. Leung C.M., de Haan P., Ronaldson-Bouchard K., Kim G.A., Ko J., Rho H.S., Chen Z., Habibovic P., Jeon N.L. Takayama S., Shuler M.L., Vunjak-No-vakovic G., Frey O., Verpoorte E., Toh Y.C. // Nat Rev Methods Primers. 2022. V. 2. Iss. 1. https://doi.org/10.1038/s43586-022-00118-6
  12. Fani М., Pourafshary P., Mostaghimi P., Mosavat N. // Fuel. 2022. V. 315. P. 123225. https://doi.org/10.1016/j.fuel.2022.123225
  13. Nicolas W. J., Jensen G. J., Meyerowitz E. M. // Bioprotocol. 2022. V. 12. Iss. 23. https://doi.org/10.21769/BioProtoc.4559
  14. Lee J.N., Park C., Whitesides G.M. // Analytical chemistry. 2003. V. 75. Iss. 23. P. 6544.
  15. Beckwith A.L., Borenstein J.T., Velásquez-García L.F. // Journal of Microelectromechanical Systems. 2018. V. 27. Iss. 6. P. 1009. https://doi.org/10.1109/JMEMS.2018.2869327
  16. Jing W., Fu S., Zhang L., Li A., Ren X., Chao X., Gao Z. // Journal of Petroleum Science and Engineering. 2021. V. 196. P. 107999. https://doi.org/10.1016/j.petrol.2020.107999
  17. Yang W., Lu J., Wei B., Yu H., Liang T. // ACS omega. 2021. V. 6. Iss. 9. P. 6064. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c05750
  18. Qin S., Ou G., Wang B., Li Z., Hu R., Li Y., Yang Y. // Chinese Chemical Letters. 2022. V. 33. Iss. 2. P. 987. https://doi.org/10.1016/j.cclet.2021.07.045
  19. Quero R.F., de Castro Costa B.M., da Silva J.A.F., de Jesus D.P. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2022. V. 365. P. 131959. https://doi.org/10.1016/j.snb.2022.131959
  20. Amini A., Guijt R.M., Themelis T., De Vos J., Eeltink S. // Journal of Chromatography A. 2023. V. 1692. P. 463842. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2023.463842
  21. Aralekallu S., Boddula R., Singh V. // Materials & Design. 2023. V. 225. P. 111517. https://doi.org/10.1016/j.matdes.2022.111517
  22. Qi Z., Xu L., Xu Y., Zhong J., Abedini A., Cheng X., Sinton D. // Lab on a Chip. 2018. V. 18. Iss. 24. P. 3872. https://doi.org/10.1039/C8LC01109E
  23. Hu L., Wang H., Xue Y., Shi F., Chen S. // Journal of Micromechanics and Microengineering. 2018. V. 28. Iss. 4. P. 045003. https://doi.org/10.1088/1361-6439/aaa878
  24. Shubhava, Jayarama A., Kannarpady G.K., Kale S., Prabhu S., Pinto R. // Materials Today: Proceedings. 2022. V. 55. P. 46. https://doi.org/10.1016/j.matpr.2021.12.110
  25. Park J. H., Lee N.E., Lee J., Park J.S., Park H.D. // Microelectronic engineering. 2005. V. 82. Iss. 2. P. 119. https://doi.org/10.1016/j.mee.2005.07.006
  26. Weigel C., Brokmann U., Hofmann M., Behrens A., Rädlein, E., Hoffmann, M., Strehle S., Sinzinger S. // Journal of Optical Microsystems. 2021. V. 1. № 4. P. 040901. https://doi.org/10.1117/1.JOM.1.4.040901
  27. Tseng S.F., Chen M.F., Hsiao W.T., Huang C.Y., Yang C.H., Chen Y.S. // Optics and Lasers in Engineering. 2014. V. 57. P. 58. https://doi.org/10.1016/j.optlaseng.2013.11.011
  28. Shugar G., Ballinger J. Chemical Technicians’ Ready Reference Handbook. New York: McGraw-Hill, 1996.
  29. Iliescu C., Jing J., Tay F. E., Miao J., Sun T. // Surface and Coatings Technology. 2005. V. 198. Iss. 1–3. P. 314. https://doi.org/10.1016/j.surfcoat.2004.10.094
  30. Jain A., Singh B., Shrivastava Y. // Composites Part B: Engineering. 2019. V. 176. P. 107294. https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2019.107294
  31. Arab J., Dixit P. // Journal of Manufacturing Processes. 2022. V. 78. P. 92. https://doi.org/10.1016/j.jmapro.2022.03.052
  32. Park B.J., Choi Y.J., Chu C.N. // CIRP Annals. 2002. V. 51. Iss. 1. P. 347. https://doi.org/10.1016/S0007-8506(07)61533-9
  33. Akiyama Y., Morishima K., Kogi A., Kikutani Y., Tokeshi M., Kitamori T. // Electrophoresis. 2007. V. 28. Iss. 6. P. 994. https://doi.org/10.1002/elps.200600437
  34. Berthold A., Nicola, L., Sarro P.M., Vellekoop M.J. // Sensors and Actuators A: Physical. 2000. V. 82. Iss. 1–3. P. 224. https://doi.org/10.1016/S0924-4247(99)00376-3
  35. Iliescu C., Poenar D. P., Carp M., Loe F. C. // Sensors and Actuators B: Chemical. 2007. V. 123. Iss. 1. P. 168. https://doi.org/10.1016/j.snb.2006.08.009
  36. Funano S. I., Ota N., Tanaka Y. // Lab on a Chip. 2021. V. 21. Iss. 11. P. 2244. https://doi.org/10.1039/D1LC00058F
  37. Rasband W.S. ImageJ. U. S. National Institutes of Health, Bethesda, Maryland, USA, 1997-2018. https://imagej.net/ij/

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу
2. Fig. 1. The process of microstructure formation in a glass substrate: a – photomask; b – clean glass surface (1 – glass); c – microchip blank (2 – photoresist, 3 – adhesion promoter); d – exposure of photoresist through a photomask (4 – UV radiation, 5 – photomask); d – development of photoresist; e – etching of the substrate; g – removal of the photoresist layer.

Жүктеу (105KB)
Метадеректер
3. Fig. 2. Outlet holes on the glass surface with an air gap (a), when using liquid (b).

Жүктеу (81KB)
Метадеректер
4. Fig. 3. Microfluidic chip with a gluing defect (a), without defects (b).

Жүктеу (169KB)
Метадеректер
5. Fig. 4. Dependence of etching depth on time during etching in 10- and 5-percent HF buffer solutions.

Жүктеу (15KB)
Метадеректер
6. Fig. 5. SEM image of the cross-section of the microstructure.

Жүктеу (95KB)
Метадеректер
7. Fig. 6. Chip strength characteristics.

Жүктеу (20KB)
Метадеректер
8. Fig. 7. Schematic diagram of the experimental setup for studying displacement in porous media.

Жүктеу (71KB)
Метадеректер
9. Fig. 8. Microfluidic chip holder.

Жүктеу (102KB)
Метадеректер
10. Fig. 9. The structure of the pore space of the chip: a – general view; b – pore network structure.

Жүктеу (60KB)
Метадеректер
11. Fig. 10. Results of heptane displacement by water in chips with hydrophilic (a) and hydrophobic (b) wettability.

Жүктеу (181KB)
Метадеректер

© Russian Academy of Sciences, 2024