ENG

Перейти в Дзен
Мнение, Технологии

Микрофлюидика — новый шаг к технологическому суверенитету

Владимир Панасюк

Владимир Панасюк

Руководитель проекта «Микрофлюидика» ГК «Титан»

Микрофлюидные технологии — новая для российского рынка область, у которой хорошие рыночные перспективы. Они связаны с широтой сфер применения микрофлюидики: это и медицина, и промышленность. И особенно важны микрофлюидные технологии для развития малотоннажной химии.

Как наука микрофлюидика изучает закономерности поведения микрообъемов жидкостей. С помощью микрофлюидного оборудования можно заглянуть в микромир постоянно движущихся потоков жидкостей и газов. Также ученые изучают поведение нано- или квантовых частиц. Но в микрофлюидике на их месте потоки жидкостей, которые движутся по тончайшим каналам в микрофлюидных системах — специальном оборудовании для микрофлюидики. Каналы в микрофлюидных модулях создаются методом травления или литья на основе стекла, полимеров или кремния.

В микрофлюидных модулях создаются условия для проведения широкого спектра химических реакций при заданных условиях в микромасштабе (до нескольких десятков микрон). По сути, модули представляют собой микрореакторы, в которых возможен многоступенчатый синтез.

Возможности для исследования жидкостей на микроуровне оказались очень востребованы во многих областях науки и в промышленности. Поэтому микрофлюидика, возникшая еще в 1980-х, в последние пару десятилетий (а для науки это небольшой срок) начала развиваться очень активно.

Микрожидкости — для микрохимии

Мировой рынок микрофлюидики, по подсчетам Data Bridge Market Research, в 2022 году составлял $23,17 млрд, но главное «зерно» — в его перспективах: прогнозируется среднегодовой рост на 15,01% в период с 2023-го по 2030 год. К 2030-му его объем составит $70,93 млрд. Максимального объема этот рынок уже достиг в Северной Америке, а динамичнее всего развивается в Азиатско-Тихоокеанском регионе.

Наиболее активно микрофлюидные системы задействованы в медицине: это оборудование для больниц и диагностических центров, установки для проведения доклинических испытаний лекарств. Например, по время пандемии коронавируса был распространен способ тестирования на наличие вируса ПЦР — полимеразная цепная реакция. Он позволяет выявить наличие вируса в организме, даже если возбудитель присутствует там в минимальном количестве. Высочайшая точность тестирования достигается в числе прочего благодаря использованию микрофлюидных систем.

Последние востребованы также при производстве биофармацевтики, косметической продукции, в академических исследованиях и химическом производстве, особенно в малотоннажной химии.

Производство малотоннажной химической продукции сильно отличается от выпуска крупнотоннажных базовых полимеров. Здесь необходимо проводить больше исследований и постоянно тестировать небольшие партии. При этом задействуется специальное оборудование, работа которого должна постоянно перестраиваться под новые опытные партии. Всё это делает процесс производства и испытаний конечного продукта малотоннажной химии долгим и дорогостоящим. Микрофлюидные технологии, точнее, созданные с их применением устройства, позволяют сделать его более эффективным. Микрофлюидное оборудование «заточено» на то, чтобы на нем можно было оперативно проводить эксперименты с химическими веществами и тестировать продукты.

Мал, но дорог

Производство малотоннажной химии — это выпуск тех продуктов химической отрасли, которые являются «дополнением» к основным. Например, ингибиторы, ПАВы, разнообразные присадки, красители, катализаторы и т.д. Без этих добавок невозможно превратить производимые сектором крупно- и среднетоннажной химии соединения в востребованный на рынке продукт.

Проблема в том, что в России большинство востребованных в химической отрасли «мини-продуктов» пока не производятся. Не менее 50% общего объема используемых в отрасли химических добавок импортируется до сих пор, несмотря на санкционные режимы и преференции для российских производителей.

Цель развития малотоннажной химии в нашей стране поставлена в «дорожной карте» для химической отрасли. В сентябре 2023 года были также приняты предложения по дополнительной государственной поддержке производства мало- и среднетоннажной химии. В них входит 61 «вытягивающий» проект. Реализация этих проектов должна по планам правительства привести к наращиванию производства малотоннажной химии к 2030 году на 240 млрд рублей.

Одна из главных причин невысокой доли отечественного производства в «малотоннажке» — невыгодность или крайне низкая рентабельность из-за высокой себестоимости и небольших объемов продукта на выходе. В то время как поддерживать необходимо достаточно широкую линейку продуктов. И на каждый из них тратить ресурсы. Использование микрофлюидного оборудования поможет снизить остроту этой проблемы.

На основе микрофлюидных систем делаются микрореакторы — установки, в которых можно инициировать химические реакции и синтез в условиях минимальной опасности в широком интервале температур и давлений. Ведь процессы протекают в очень маленьком объеме. При этом технология позволяет повысить выход целевого продукта за счет снижения влияния побочных процессов. Микрореакторные установки к тому же можно легко и относительно недорого масштабировать по сравнению с созданием полноценного химического реактора. Они не занимают большой площади и не создают экологических сложностей.

Внедрение в химическое производство микрофлюидного оборудования до сих пор было не слишком активным, и причина опять же в отсутствии отечественного производства. Оборудование для микрофлюидики — насосы, реакторы — в основной массе ввозится в страну. Для компаний это означает не только затраты, но и определенные риски, ведь в случае поломок можно не дождаться нужных деталей из-за рубежа. Обслуживание импортного оборудования в любом случае обходится дорого.

Сегодня в России начинает развиваться свое производство оборудования для микрофлюидики. Например, при участии Передовой инженерной школы химического инжиниринга и машиностроения Российского химико-технологического университета имени Д. И. Менделеева были разработаны микрофлюидные модули с системами тончайших каналов, по которым движутся потоки жидкостей и газов. Производство такого оборудования будет запущено на площадке группы компаний «Титан» в третьем квартале 2024 года. Однако уже сегодня прототипы модулей задействованы в некоторых проектах. Так, Научно-исследовательский институт технологий органической, неорганической химии и биотехнологий использует микрофлюидное оборудование в процессе синтеза метионина — одного из необходимых компонентов птичьего корма.

Если смотреть в будущее, то у рынка микрофлюидного оборудования большой запас для роста: сегодня в России его объем не превышает по оценкам 100 млн рублей в год (примерно такова суммарная стоимость выпускаемого на этом оборудовании продукта). Мировой же рынок уже достиг $28,4 млрд. Да и в мире развитие отрасли микрофлюидики только начинается: на микрофлюидном оборудовании пока выпускается не более 1,5% общего объема продукции малотоннажной химии.

Как и любая перспективная область для инвестиций, микрофлюидика может представляться рискованной. Однако здесь инвесторы играют на одной стороне с прикладной наукой, на основе которой в мире уже началось активное движение не только в научной, но и в производственной среде.

Следите за нашими новостями в удобном формате
Перейти в Дзен

Предыдущая статьяСледующая статья