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 18-79-10038
НазваниеБыстрый электрохимический микронасос для портативного модуля доставки лекарств
Руководитель Уваров Илья Владимирович, Кандидат физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение "Национальный исследовательский центр "Курчатовский институт" , г Москва
Конкурс №30 - Конкурс 2018 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-704 - Микро- и наноэлектромеханические устройства
Ключевые слова Микронасос, микроактюатор, микрофлюидика, доставка лекарств, микротехнологии, электролиз воды, нанопузыри, реакции горения, микровзрывы
Код ГРНТИ31.15.33
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Современной мировой тенденцией в области здравоохранения является переход к персонализированной медицине и, в частности, к использованию индивидуальных портативных модулей направленной доставки лекарств. Модуль представляет собой микрофлюидный чип в корпусе из биологически совместимых материалов, который крепится к телу с помощью клейкой ленты или имплантируется в организм хирургическим путем. По сравнению с традиционными методами доставки лекарств, использование таких устройств может существенно повысить эффективность лечения и при этом обеспечить комфорт для пациента. Разработкой модулей занимаются множество научно-исследовательских групп по всему миру, однако эти устройства пока не получили широкого распространения. Причина заключается в том, что требуемые рабочие характеристики модуля до сих пор не достигнуты. Современные изделия зачастую имеют достаточно большие размеры (более одного кубического сантиметра), что снижает удобство использования и затрудняет имплантацию. В то же время, уменьшение размеров до нескольких кубических миллиметров ухудшает производительность и сокращает набор функций, которые может выполнять модуль.
Рабочие характеристики модуля во многом определяются насосом, на основе которого он построен. В мобильных устройствах доставки лекарств применяются микронасосы различных типов и конструкций. Однако простое, компактное и энергоэффективное устройство для перекачки жидкости, способное при необходимости регулировать дозировку лекарства, на данный момент не создано. Совершенствование насосов известных типов практически достигло своего предела, дальнейшее уменьшение размеров и улучшение производительности требует применения принципиально иных подходов. Проект направлен на создание микронасоса, работающего на новом физическом принципе - спонтанном горении смеси водорода и кислорода в нанопузырьках, производимых методом электролиза воды в особом режиме. При участии руководителя проекта был изготовлен и протестирован быстрый мембранный микроактюатор (диаметр 500 мкм, высота 8 мкм), работающий на этом принципе. Газы производились в рабочей камере путем подачи на электроды микросекундных импульсов напряжения с чередующейся полярностью, а реакция горения приводила к быстрому исчезновению газа. Прототип актюатора работал на несколько порядков быстрее, чем традиционные электрохимические устройства. При определенных условиях в камере происходило слияние нанопузырьков в микропузырек с его последующим взрывом. Ход мембраны при этом возрастал более чем в десять раз. Насос, построенный на основе такого актюатора, будет качать жидкость с высоким расходом и высокой точностью, и при этом иметь существенно меньшие размеры, чем современные изделия.
Научная новизна. Мы планируем создать микронасос на физическом принципе, ранее не применявшемся в микрофлюидике. Феномен горения водорода и кислорода в нано- и микропузырьках, создаваемых методом коротковременного электролиза воды переменной полярности, был обнаружен относительно недавно. Использование его в качестве принципа работы микронасоса было предложено нами ранее, но пока эта идея не была реализована.
Актуальность. Развитие отрасли портативных устройств доставки лекарств во многом ограничивается отсутствием миниатюрных и эффективных насосов, легко интегрируемых с другими микрофлюидными и микроэлектронными компонентами и способных регулировать подачу жидкости. Создание насоса на новом физическом принципе сделает модули более компактными и функциональными, повысит их доступность для массового потребителя и существенно расширит область их применения.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ