Изготовление стеклянных микрофлюидных чипов для исследования процессов вытеснения в пористых средах

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

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.

Full Text

Restricted Access

About the authors

И. Ш. Гарифуллин

Уфимский университет науки и технологий

Author for correspondence.
Email: is@bgutmo.ru
Russian Federation, 450076, Уфа, ул. Заки Валиди, 32

О. А. Солнышкина

Уфимский университет науки и технологий

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

Э. С. Батыршин

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

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

References

  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/

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
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.

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

Download (81KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Microfluidic chip with a gluing defect (a), without defects (b).

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

Download (15KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. SEM image of the cross-section of the microstructure.

Download (95KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Chip strength characteristics.

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

Download (71KB)
Indexing metadata
9. Fig. 8. Microfluidic chip holder.

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

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

Download (181KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».