КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 22-29-20109

НазваниеОсаждение полимерных микрокапель и микрокапсул гетерогенной структуры на твердой поверхности в условиях трехмерной печати, основанной на принципах воздушной микрофлюидики

Руководитель Хомутов Никита Андреевич,

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" , Томская обл

Конкурс №65 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами» (региональный конкурс)

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-106 - Проблемы механики в проектировании новых материалов

Ключевые слова микрокапля, микрокапсула, струя, биополимер, полимер, микрофлюидика, осаждение, деформация, слой, растекание, частицы Януса, эмульсия, инкапсуляция, отверждение, полимеризация.

Код ГРНТИ29.17.31

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Научная проблема состоит в ограниченности современных представлений о механизмах, ключевых закономерностях и режимах гидродинамики и тепломассообмена для жидкостных микрокапель гетерогенной структуры, в частности состоящих из нескольких полимерных растворов, взаимодействующих с твердой поверхностью, для достоверного прогнозирования характеристик их осаждения, деформации и осцилляций, которое позволяет в условиях трехмерной (био)печати на основе принципов воздушной микрофлюидики управлять нанесением слоя материала (продукта). Научная значимость и актуальность решения обозначенной проблемы состоит в том, что появление экспериментальных данных о характеристиках, механизмах, режимах осаждения на твердой поверхности сложных по структуре и компонентному составу микрокапель полимерных жидкостей (с известными свойствами) с инкорпорированными функциональными добавками (магнитными терапевтическими наночастицами) позволит создавать слои с контролируемыми геометрическими параметрами (линейными размерами, микроархитектурой) в рамках технологии трехмерной (био)печати, основанной на воздушной микрофлюидике, а также систематизировать представления о влияющих факторах, эффектах и процессах в рамках экспериментальной и теоретической база данных, позволяющих сделать производство слоев при трехмерной (био)печати на основе воздушной микрофлюидики контролируемым и прогнозируемым, для потенциальной разработки программно-аппаратного комплекса (прототипа) всей системы трехмерной (био)печати. Исследование мотивировано возможностью применения многокомпонентных неоднородных жидкостей со сложной внутренней структурой в ряде промышленных и биомедицинских технологий для увеличения их функциональных возможностей в процессе осаждения на этапе взаимодействия с целевой поверхностью. В частности, полученные результаты важны для развития технологий трехмерной печати и биопечати отверждаемыми полимерами, микропроизводства биоматериалов, производства гидрогелей и микрогелей, в том числе предназначенных для безопасной доставки биологических клеток и лекарств, а также одноэтапного изготовления функциональных покрытий и материалов при воздушном отверждении путем ионного сшивания или УФ-излучения и при термоотверждении на поверхности взаимодействия. Развитие соответствующих технологий сдерживается тем, что довольно сложные задачи возникают не только при производстве микрокапель (методами микроканальной или воздушной микрофлюидики), но и при взаимодействии микрокапель таких композиций с поверхностью. Учитывая вышеизложенное, важными становятся детальные экспериментальные исследования взаимодействий типа «микрокапля-поверхность», микрокапля-жидкостная пленка» и «группа микрокапель-поверхность» (поверхность с учетом использования полимерных растворов может проявлять вязкоупругие свойства), достоверные результаты которых будут способствовать разработке наиболее полных физических и теоретических моделей изучаемых процессов. Если судить по результатам фундаментальных теоретических и экспериментальных, а также прикладных работ, опубликованным в авторитетных журналах (например, Physics of Fluids, Journal of Fluid Mechanics, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, Journal of Colloid and Interface Science, Experimental Thermal and Fluid Science, Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, Langmuir, International Journal of Heat and Mass Transfer, Current Opinion in Colloid & Interface Science, Annual Review of Fluid Mechanics), то такая проблематика сейчас является фронтиром рассматриваемой области науки. Запланированные основные методы исследований: высокоскоростная видеорегистрация, методы лазерно-индуцированной флуоресценции и фосфоресценции, particle image velocimetry, ротационный метод вискозиметрии, метод кольца (Дю-Нуи), методы сидячей капли и наклона подставки (поверхности) для измерения краевых углов смачивания, лазерная сканирующая конфокальная микроскопия, методы на основе алгоритмов слежения за движущимися объектами, методы физико-механических испытаний полимерных материалов, методы генерирования микрокапель на основе воздушной и микроканальной микрофлюидики. Результаты проекта планируется использовать в образовательном процессе в Томском политехническом университете при подготовке бакалавров, магистрантов и аспирантов по теплоэнергетическим и механическим профилям. Результаты экспериментальных исследований будут опубликованы в высокорейтинговых международных (Q1 согласно SJR Scopus) и отечественных журналах в соответствии с взятыми обязательствами в соглашении.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---