Молодежная лаборатория по микрофлюидным технологиям Института естественных и технических наук Сургутского государственного университета (СурГУ) победила в конкурсе Фонда научно-технологического развития Югры. Поддержку в 5 млн рублей получил проект «Управляемая межфазная полимеризация в системах „капля-жидкий раствор“ для создания функциональных микрокапсул». Он изучает, как капли жидкости падают в раствор и покрываются полимерной оболочкой. Это может быть востребовано в сельском хозяйстве — для удобрений с долгим эффектом, и нефтегазе — для создания самовосстанавливающихся покрытий для труб.
В центре исследования лежит одна из фундаментальных задач современной химической технологии — гидродинамика соударения, изучающая процесс столкновения капель с твердыми поверхностями или другими жидкостями, и химические реакции, приводящие к образованию полимерной оболочки. Понимание этого позволит управлять структурой будущих микрокапсул и задавать нужные характеристики — например, толщину стенки или скорость высвобождения активного вещества.
«Экспериментальный набор данных и прогностические корреляции, полученные в рамках этого проекта, будут структурированы в виде алгоритма выбора параметров, который напрямую сопоставляет условия микрокапсулирования с распределением размеров капель, диапазонами толщин оболочки и кинетикой высвобождения», — подчеркивает Максим Пискунов, кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник Научно-образовательного центра Института естественных и технических наук СурГУ.
По его словам, этот алгоритм можно использовать двумя способами: как готовую компьютерную программу или как технологическую разработку (ноу-хау) для передачи по лицензии.
«Этот алгоритм может быть представлен в виде автономного программного инструмента или лицензирован в качестве технического ноу-хау для разработчиков рецептур в агрохимии, специальных покрытиях и системах контролируемого высвобождения, что позволит им заменить итеративную оптимизацию на проектирование процессов, основанное на моделировании», — добавил он.
Такой алгоритм позволит управлять параметрами микрокапсул: размером капель, толщиной оболочки и кинетикой высвобождения.
Готовые физические прототипы микрокапсул с заданными свойствами ученые планируют передать (при наличии спроса) потенциальным промышленным партнерам.
Те, в свою очередь, проверят капсулы в конкретных условиях:
- организуют полевые испытания по инкапсуляции пестицидов — когда вещество помещается в оболочку, чтобы обеспечить его постепенное высвобождение в окружающую среду;
- для самовосстанавливающихся покрытий металлических трубопроводов проведут тесты на ускоренное атмосферное воздействие — чтобы понять, как быстро капсулы могут запечатывать повреждения труб.
Этот подход открывает широкие возможности для создания новых российских материалов с программируемыми свойствами. Югре это поможет решить задачи в двух отраслях:
- в агропроме, главной проблемой которого является короткий вегетационный период. Микрокапсулы с удобрениями и пестицидами (с контролируемым высвобождением) будут отдавать вещества постепенно — синхронно с потребностями растений. Это повысит эффективность удобрений, уменьшит число подкормок и снизит нагрузку на сельхозпредприятия;
- в нефтегазовом комплексе — второй ключевой отрасли региона. Капсулы с ингибиторами коррозии будут встраиваться в самовосстанавливающиеся покрытия для металлических трубопроводов. При повреждении покрытия капсулы разрушатся и запустят химическую реакцию, которая мгновенно запечатает очаг коррозии. Это увеличит срок службы труб и снизит затраты на их ремонт и обслуживание.
Грант направят на развитие молодежной лаборатории по микрофлюидным технологиям СурГУ. Проект позволит привлечь молодых исследователей и станет основой для отечественных технологий микрокапсулирования, востребованных в промышленности, сельском хозяйстве и нефтегазовом комплексе.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
