3Dプリントマイクロ流体技術により、OISTは石油産業に年間数百万ドルの節約をもたらす

3Dプリントマイクロ流体技術により、OISTは石油産業に年間数百万ドルの節約をもたらす
この最新の画期的な成果は、沖縄科学技術大学院大学(OIST)の研究者らがリバプール大学のチームと共同で達成した。開発された 3D プリント マイクロ流体デバイスは、液体が流れる際や曲がった経路の周りを流れる際の液体の挙動を研究したり、形成される渦を減らして流体ポンプ プロセスの効率を高める方法を研究したりするために使用できます。


簡単に言えば、「ニュートン流体」とは、非常に速く流れるか、曲線に沿って移動し、その過程で渦を形成することが多い水のような流体です。これらの渦が形成されると、流体が移動する際の「抗力」が増加し、流体を目的の方向に移動させるにはより多くのエネルギーが必要になります。これには、ある程度の追加エネルギーコストが必要になります。石油パイプラインや下水管などの大規模なインフラストラクチャでは、流体を送り出すのに十分な圧力を生成するために追加の入力電力が必要であり、これはプロセスが通常よりも高価であることを意味します。

1940 年代初頭、工業用オイルポンプ システムにおけるこの問題の解決策の 1 つは、オイルに少量のポリマーを追加することでした。つまり、渦の強さが軽減され、オイルは同じ速度で低いポンプ圧力で流れるため、エネルギーとコストが節約されます。このアプローチは機能しますが、ポリマーが物理的なレベルでどのように機能するかについては多くの疑問が残ります。


これをさらに調査するために、研究者らは3Dプリントされた「マイクロ流体」デバイスを使用した。これは、人間の髪の毛ほどの幅しかない一対の微細な横断チャネルを備えた小さなガラス片である。顕微鏡下では、渦が形成される様子を極めて詳細に観察し、その動きを追跡し、少量のポリマーを加えることで流体の動きがどう変化するかを見ることができました。流体をよりスムーズに流すには、流体に 1 ppm のポリマーしか必要ありません。

リバプールのOISTチームの協力者は、ポリマー分子の導入が流れにどのような影響を与えるかを正確に理解するために、マイクロ流体実験のコンピューターシミュレーションを作成しました。 「シミュレーションの助けを借りて、流れの特定の領域でポリマーが伸びる場所と、それがどのように渦の形成を抑制するかを明確に示すことができました」と、OISTのマイクロ・バイオ・ナノ流体ユニットのリーダーであるサイモン・ハワード博士は述べています。


3D プリントされたマイクロ流体研究から得られた知見は、さまざまな分野で幅広い応用が期待できます。石油産業や廃水処理場のポンプ設備の最適化に役立つだけでなく、医療専門家は心臓病患者の血液循環を改善するためにこれを使用できます。

出典: 3D Tiger 詳しい情報:
生物学的3Dプリント技術を使用して開発された多臓器マイクロ流体チップは、薬物検査の分野で使用できます。


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