Применение аддитивных технологий для разработки микрофлюидных чипов-моделей горных пород
Автор: Лукьяненко К.А., Пряжников А.И., Гузей Д.В., Жигарев В.А., Минаков А.В.
Журнал: Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии @technologies-sfu
Рубрика: Исследования. Проектирование. Опыт эксплуатации
Статья в выпуске: 5 т.17, 2024 года.
Бесплатный доступ
В статье представлены результаты работы по апробации возможности применения современных и доступных аддитивных технологий на основе фотополимерного принтера для изготовления прототипов микрофлюидных устройств, пригодных для решения задач нефтегазовой индустрии. Исследовано два способа создания микрофлюидных устройств с помощью аддитивных технологий. Первый - изготовление мастер-формы для последующей отливки в ней ПДМС, второй - изготовление микрофлюидного чипа с полностью трехмерными каналами. Отработана методика создания мастер-формы с каналами необходимой геометрии для заливки ПДМС из фотоотверждаемого полимера методом стереолитографической печати. Данная методика была успешно протестирована на изготовлении микрофлюидного чипа с каналами минимальной ширины 100 мкм. Был спроектирован и изготовлен микрофлюидный чип с трехмерной структурой каналов. Показано, что с помощью печати мастер-формы для последующей отливки в ней ПДМС возможно изготавливать микрофлюидные чипы с шириной канала 100 мкм при высоте 50 мкм. Такие устройства могут найти своё применение при моделировании процессов нефтевытеснения из твёрдых горных пород.
Микрофлюидный чип, мастер-формы, аддитивные технологии, моделирование процессов, трёхмерные каналы
Короткий адрес: https://sciup.org/146282899
IDR: 146282899
Список литературы Применение аддитивных технологий для разработки микрофлюидных чипов-моделей горных пород
- Гладких Е.А., Хижняк Г. П., Галкин В. И., Попов Н. А. Способ оценки коэффициента вытеснения нефти на основе стандартных исследований керна, Вестник ПНИПУ. Геология. Нефтегазовое и горное дело, 2017, 16(3), 225–237 [Gladkikh E. A., Khizhnyak G. P., Galkin V. I., Popov N. A. A method for estimating the oil displacement coefficient based on standard core studies, Vestnik PNIPU. Geology. Oil and gas and mining, 2017, 16(3), 225–237 (in Rus.)].
- Lifton V. Microfluidics an enabling screening technology for enhanced oil recovery (EOR), Lab Chip, 2016, 16, 1–43.
- Bazazi P., Sanati-Nezhad A., Hejazi S. H. Role of chemical additives on water-based heavy oil mobilization: A microfluidic approach Fuel, 2019, 241, 1195–1202.
- Yang Y.Q., Sanati Nezhad A., Hejazi S. H. Geo-material surface modification of microchips using layer-by-layer (LbL) assembly for subsurface energy and environmental applications, Lab Chip, 2016, 18(2), 285–295.
- Saadat M., Yang J., Dudek M., Øye G., Tsai P. A. Microfluidic investigation of enhanced oil recovery: The effect of aqueous floods and network wettability, J. Pet. Sci. Eng., 2021, 203, 108647.
- Fuwei Y., Hanqiao J., Xu F., Zhen F., Hang S., Li J. New insights into flow physics in the EOR process based on 2.5D reservoir, micromodels, J. Pet. Sci. Eng., 2019, 181, 106214.
- Das A., Mohanty K., Nguyen Q. A pore-scale study of foam-microemulsion interaction during low tension gas flooding using micro- fluidics – Tertiary recovery, J. Pet. Sci. Eng., 2021, 203, 108569.
- Elyaderani S.M.G., Jafari A. Microfluidics experimental study in porous media applied for nanosilica/alkalineflooding, J. Pet. Sci. Eng., 2019, 173, 1289–1303.
- Lin Y.J., He P., Tavakkoli M., Mathew N., Yap Y. F., Chai J. C., Goharzadeh A., Vargas F. M., Biswal S.L Examining asphaltene solubility on deposition in model porous media, Langmuir, 2016, 32(34), 8729–8734.
- Martyushev D.A., Vinogradov J. Development and application of a double action acidic emulsion for improved oil well performance: laboratory tests and field trials, Colloids Surf. A Physicochem. Eng. Asp., 2021, 612, 125998.
- Au A., Huynh W., Horowitz L. F., Folch A. 3D printed microfluidics, Annu. Rev. Anal. Chem., 2020, 13, 3460–3467.
- Su R., Wang F., McAlpine M. C. 3D printed microfluidics: advances in strategies, integration, and applications, Lab Chip, 2023, 23(5), 1279–1299.
- Kataoka É.M., Murer R. C., Santos J. M., Carvalho R. M., Eberlin M. N., Augusto F., Poppi R. J., Gobbi A. L., Hantao L. W. 3D‑printed microfluidic systems for sample preparation of petroleum, Anal. Chem., 2017, 89(6), 3460–3467.
- Mousavi S. M., Sadeghnejad S., Ostadhassan M. Evaluation of 3D printed microfluidic networks to study fluid flow in rocks, Oil & Gas Science and Technology –Rev. IFP Energies nouvelles, 2021, 76(4), 50.
- Behroodi E., Latifi H., Bagheri Z., Ermis E., Roshani S., Moghaddam M. S. A combined 3D printing/CNC micro-milling method to fabricate a large-scale microfluidic device with the small size 3D architectures: an application for tumor spheroid production, Sci. Rep., 2020, 10(2), 22171.
- Carrell C., McCord C., Wydallis R. M., Henry C.S Sealing 3D‑printed parts to poly (dimethylsiloxane) for simple fabrication of microfluidic devices, Anal. Chim. Acta, 2020, 1124, 78–84.
- Otroshchenko A., Zyuzin M. V. A simple and accessible approach for processing photopolymer master molds for the fabrication of microfluidic polydimethylsiloxane devices, Phys. Fluids, 2022, 34(11), 112015.
- Якимов АС, Пряжников АН, Пряжников МН, Скоробогатова АД, Лукьяненко КА; Федеральное госудаственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский федеральный университет». Плазменная камера для активации поверхности микрофлюидных чипов и их последующей герметизации. Патент № 2814689 РФ, H05H1/24 C 23C 16/44 H01J37/32. № 99126135/14; Заявл.06.10.23; Опубл. 04.03.24, Бюл.№ 7 [Yakimov AS, Pryazhnikov AN, Pryazhnikov MN, Skorobogatova AD, Lukyanenko KA; Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education “Siberian Federal University”. Plasma chamber for activating the surface of microfluidic chips and their subsequent sealing. Patent No. 2814689 RF, H05H1/24 C 23C 16/44 H01J37/32. No. 99126135/14; Application 06.10.23; Publ. 04.03.24, Bulletin No. 7 (in Rus.)].
- Minakov A.V., Rudyak V. Ya., Gavrilov A. A., Dekterev A.A On optimization of mixing process of liquids in microchannels, J. Sib. Fed. Univ. Eng. technol., 2010, 3(2), 146–156.
- Минаков А.В., Рудяк В. Я., Гаврилов A. A., Дектерев A. A. Смешение в микромиксере Т‑типа при умеренных числах Рейнольдса, Теплофизика и аэромеханика, 2012, 19(5), 577–587 [Minakov A. V., Rudyak V. Ya., Gavrilov A. A., Dekterev A. A. Mixing in a T‑type micromixer at moderate Reynolds numbers, Thermophys. Aeromech., 2012, 19(5), 577–587 (in Rus.)].
