Изготовление стеклянных микрофлюидных чипов для исследования процессов вытеснения в пористых средах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

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.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

И. Ш. Гарифуллин

Уфимский университет науки и технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: is@bgutmo.ru
Россия, 450076, Уфа, ул. Заки Валиди, 32

О. А. Солнышкина

Уфимский университет науки и технологий

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

Э. С. Батыршин

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

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

Список литературы

  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/

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Процесс формирования микроструктуры в стеклянной подложке: а – фотошаблон; б – чистая стеклянная поверхность (1 – стекло); в – заготовка микрочипа (2 – фоторезист, 3 – усилитель адгезии); г – экспонирование фоторезиста через фотошаблон (4 – УФ-излучение, 5 – фотошаблон); д – проявление фоторезиста; е – травление подложки; ж – снятие слоя фоторезиста.

Скачать (105KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Выходные отверстия на поверхности стекла при воздушном зазоре (а), при использовании жидкости (б).

Скачать (81KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Микрофлюидный чип с дефектом склейки (а), без дефектов (б).

Скачать (169KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость глубины травления от времени при травлении в 10- и 5-процентных буферных растворах HF.

Скачать (15KB)
Метаданные
6. Рис. 5. РЭМ-изображение поперечного сечения микроструктуры.

Скачать (95KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Характеристики прочности чипов.

Скачать (20KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Схема экспериментальной установки для изучения вытеснения в пористых средах.

Скачать (71KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Держатель микрофлюидных чипов.

Скачать (102KB)
Метаданные
10. Рис. 9. Структура порового пространства чипа: а – общий вид; б – поросетевая структура.

Скачать (60KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Результаты вытеснения гептана водой в чипах с гидрофильной (а) и гидрофобной (б) смачиваемостью.

Скачать (181KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024