Valorificarea nanoparticulelor magnetice în dezvoltarea unui micro-dispozitiv magnetic

Acronim: MagneticMicroDevice
Cod Proiect: PN-III-P2-2.1-PED-2019-4813
Numărul Contractului: 522PED/2020
Start: 23 Octombrie 2020
Final: 21 Octombrie 2022
Durata: 24 Luni
Budget: 654.200,00 Lei
Autoritatea Contractantă:

UEFISCDI – Unitatea Executivă pentru Finanțarea Învățământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării și Inovării
Instituție coordonatoare: UPB-CNMN – Universitatea POLITEHNICA din București – Centrul Național de Micro și Nanomateriale

Coordonator – Universitatea Politehnica din București

Director proiect: Prof.dr.ing. Ecaterina ANDRONESCU

Profesor Universitar: Prof.dr.ing. Paul SVASTA

Profesor Universitar: Prof.habil.dr.ing. Anton FICAI

Profesor Universitar: Prof.Dr.ing. Ciprian IONESCU

Conferentiar Universitar: Conf.Dr.ing. Denisa FICAI

Profesor Universitar: Prof.Dr.ing. Norocel Dragos CODREANU

CS III – Cercetător ştiinţific gradul III: CSIII.Dr.ing. Bogdan Ștefan VASILE

Lector Universitar: Dr.ing. Mihaela PANTAZICĂ

Lector Universitar: Dr.ing. Bogdan MIHĂILESCU

ACS – Asistent de cercetare ştiinţifică: Dr.ing. Angela SPOIALĂ

Asistent Universitar: Ș.L.Dr.ing. Adrian Vasile SURDU

ACS – Asistent de cercetare ştiinţifică: Drg.ing. Georgiana DOLETE

ACS – Asistent de cercetare ştiinţifică: Drg.ing. Alexa Maria CROITORU

ACS – Asistent de cercetare ştiinţifică: Drg.ing. Alexandra Cătălina BÎRCĂ

TI – Tehnician treapta I Studii Superioare: Ing. Teodor MIHĂILESCU

TI – Tehnician treapta I Studii Superioare: Ing. Delia Georgeta LEPĂDATU

Partener (P1) – NANOM MEMS SRL

Responsabil partener: Dr.ing. Marin GHEORGHE

CS – Cercetător ştiinţific: Dr.Ing. Simona GHEORGHE

Obiectivul proiectului

Proiectul presupune realizarea unui model experimental de micropompă acționată electromagnetic, ce vizează aplicații în domeniul microfluidicii. Planul de lucru propus în cadrul proiectului se axează în jurul formulării unor paste/cerneluri magnetice utilizate în serigrafie, astfel încât aceste două componente separate să poată fi integrate în dezvoltarea unor micropompe pentru exploatări ulterioare în dispozitive de tipul BioMEMS. Literatura de specialitate prezintă diverse metode de acționare a micropompelor, printre care acționarea electromagnetică prezintă o serie de beneficii semnificative precum timp de răspuns superior și cel mai important lipsa interacțiunilor cu fluide (bio)chimice sau biologice. Activitățile de cercetare sunt realizate prin colaborare efectivă între Universitatea POLITEHNICA din București și NANOM MEMS SRL și implică studii preliminare privind obținerea nanoparticulelor magnetice; formularea de paste/cerneluri magnetice cu caracteristici prestabilite; inițierea proceselor de depunere a pastelor/cernelurilor magnetice pe substraturi specifice dispozitivelor de tipul BioMEMS-urilor. Depunerile sunt urmate de caracterizări complexe în ceea ce privește proprietățile fizico-chimice, inclusiv cele electrice. Funcționalitatea filmelor dezvoltate va fi testată la nivel de laborator pentru a demonstra functionalitatea acestora (actuatia). Pentru optimizarea performanțelor formulelor de cerneluri / paste magnetice, se va acorda o atenție deosebită dezvoltării nanoparticulelor magnetice cu dimensiunea dorită, dar și funcționalizarii acestora în funcție de componenta polimerică a pastei. Implicarea NANOM MEMS SRL este importantă, întreprinderea fiind interesată de transpunerea viitoare a acestor cercetări pe piață, astfel încât proiectul isi asuma testări suplimentare de stabilitate, inclusiv testări dinamice cu lichide curgătoare simulate, în special având în vedere aplicații biologice.
Proiectul vizează dezvoltarea unor materiale inteligente pentru acționarea magnetică a unor dispozitive de tip BioMEMS. În termeni concreți, proiectul propune dezvoltarea unor paste/cerneluri magnetice cu proprietăți fizico-chimice și mecanice specifice tehnologiei de depunere, cu scopul obținerii unui model demonstrativ integrat de micropompă acționată electromagnetic cu aplicabilitate în dispozitive de tip BioMEMS (sisteme microelectromecanice cu aplicații biologice).

Etapa 1: Studii preliminare privind obținerea pastelor/ cernelurilor pe bază de nanoparticule magnetice

Obținerea unor suspensii coloidale magnetice prin metoda co-precipitării ionilor de Fe3+ și Me2+(Me=Fe,Co,Ni,…);
Demararea activitatilor de optimizare a condițiilor de sinteză pentru obținerea nanoparticulelor dispersabile cu tendință redusă de aglomerare prin folosirea unor agenți multifuncționali cu rol de stabilizare și de formare a unor legături cu rășini polimerice.

Etapa 2: Formularea/ prepararea cernelurilor magnetice cu proprietăți specifice tehnologiilor de depunere

Optimizarea condițiilor de sinteză pentru obținerea nanoparticulelor dispersabile cu tendință de aglomerare redusă, selectarea agenților stabilizatori adecvați, identificarea agenților multifuncționali cu potențial de stabilizare și legarea la rășini polimerice;
Selectarea polimerului (polimerilor) utilizat(i) ca liant(i) pentru pulberile feromagnetice;
Evaluarea compoziției, structurii morfologice și a dimensiunii nanopulberilor magnetice. Evaluarea stabilității coloidale și chimice utilizând tehnici de analiză FTIR, XRD, VSM, SEM, TEM, ATD-TG, DLS etc;
Modificarea chimică a suprafeței nanoparticulelor magnetice pentru a asigura compatibilitatea cu polimerii utilizați ca lianți;
Cercetare industrială privind testarea cernelurilor/pastelor magnetice cu caracteristici adaptate pentru diverse tehnici de depunere (serigrafie, dr. Blade, dip-coating etc.);
Caracterizarea filmelor depuse (FTIR, XRD, SEM, TEM, ATD-TG etc.);
Evaluarea stabilității pastelor / cernelurilor magnetice obținute. Evaluarea aderenței, uniformității și proprietăților electrice ale depunerilor realizate.

Etapa 3: Construcția elementelor componente ale circuitelor BioMEMS.

Selectarea modelelor experimentale optime a măștilor utiizate pentru deupnerile straturilor funcționale;
Testarea modelelor geometrice eficiente pentru dezvoltarea micro-pompelor și actuatorilor magnetici;
Experimentarea depunerilor în vederea dezvoltării dispozitivelor actuate magnetic;
Cercetare industrială privind tehnicile de depunere optime obținerii unor dispozitive actuate magnetic;
Demonstrarea funcționalității filmelor magnetice;
Experimentarea stabilității depunerilor în condiții simulate;
Optimizarea filmelor pentru a îmbunătăți parametrii funcționali și proprietățile magneto-electrice;
Testarea funcționalității dispozitivelor;

Rezumat si rezultate 2020-2021

Download aici

Rezumat si rezultate 2022

Download aici

Diseminare

Lucrari ISI:

Magnetite-Silica Core/Shell Nanostructures: From Surface Functionalization towards Biomedical Applications – A Review, Spoială Angela, Ilie Cornelia-Ioana, Crăciun Luminița N., Ficai Denisa, Ficai Anton, Andronescu Ecaterina, Applied Sciences, 2021, 11, DOI:10.3390/app112211075;
Microelectromechanical Systems based on Magnetic Polymer Films, Denisa Ficai, Marin Gheorghe, Georgiana Dolete, Anton Ficai, Paul Svasta, Ecaterina Andronescu, Micromachines, 2022, 13, 351, doi: 10.3390/mi13030351
Magneto‐Mechanically Triggered Thick Films for Drug Delivery Micropumps, Georgiana Dolete, Cristina Chircov, Motelica Ludmila, Denisa Ficai, Ovidiu-Cristian Oprea, Marin Gheorghe, Anton Ficai, Ecaterina Andronescu. Nanomaterials 2022, 12, 3598, doi: 10.3390/nano12203598
Ex-Situ Method for Fabrication of Nanocomposite Thick-Films Based on Magnetite Georgiana Dolete, Anton Ficai, Denisa Ficai, Alexandra-Cătălina Bîrcă, Ludmila Motelică, Ovidiu Cristian Oprea, Marin Gheorghe, Ecaterina Andronescu., University Politehnica of Bucharest Scientific Bulletin Series B (acceptat spre publicare).
Magnetite Microspheres for the Controlled Release of Rosmarinic Acid, Cristina Chircov, Diana-Cristina Pîrvulescu, Alexandra Cătălina Bîrcă, Ecaterina Andronescu, Alexandru Mihai Grumezescu, Pharmaceutics, 2022 (acceptat spre publicare)
Magnetic platforms based on magnetite and polyphenols with antimicrobial activity. Cornelia-Ioana Ilie, Angela Spoială, Denisa Ficai, Adrian-Ionuț Nicoară, Ovidiu-Cristian Oprea, Vasile-Adrian Surdu, Roxana Doina Trușcă, Ecaterina Andronescu, Lia-Mara Dițu, Anton Ficai. University Politehnica of Bucharest Scientific Bulletin Series B (în evaluare)

Conferinte:

„Influence of Synthesis Parameters on the Properties of Iron Oxide Nanoparticles Obtained through the Microwave-Assisted Hydrothermal Method”, autori Cristina Chircov, Raluca-Elena Ștefan, Ecaterina Andronescu, Anton Ficai, Applications of Chemistry in Nanosciences and Biomaterials Engineering – NanoBioMat 2021, 25-27 Noiembrie 2021;
„Influence of nanoparticle formation mechanism in the homogeneity and magnetization of Fe₃O₄/PDMS films”, Georgiana Dolete, Anton Ficai, Denisa Ficai, Alexandra-Cătălina Bîrcă, Cornelia Ioana Ilie, Ludmila Motelică, Ovidiu-Cristian Oprea, Marin Gheorghe, Ecaterina Andronescu, Applications of Chemistry in Nanosciences and Biomaterials– NanoBioMat 2021, 25-27 Noiembrie 2021.
Ferromagnetic Layers Deposited by Inkjet Printing, Marin Gheorghe, Anton Ficai, Denisa Ficai, Ecaterina Andronescu, Simona Gheorghe, Georgiana Dolete, Paul Svasta, 22^nd Romanian International Conference on Chemistry and Chemical Engineering (RICCCE) Sinaia, Romania, 7-9 septembrie 2022, prezentare orala
Magnetite Microspheres for the Controlled Release of Rosmarinic Acid, Cristina Chircov, Diana-Cristina Pîrvulescu, Alexandra Cătălina Bîrcă, Ecaterina Andronescu, Applications of Chemistry in Nanosciences and Biomaterials Engineering – NanoBioMat 2022, București, România, 22-24 Iunie 2022
Oxide layers deposited by inkjet printing, Marin Gheorghe, Anton Ficai, Denisa Ficai, Georgiana Dolete, Simona Gheorghe, Ecaterina Andronescu, 6^th International Congress on 3D Printing (Additive Manufacturing) Technologies and Digital Industry (3D-PTC2022), București, România, 22-23 Noiembrie 2022.

Brevete:

„Micropompa electromagnetica si procedeu de realizare a acesteia”, Marin Gheorghe; Anton Ficai; Ecaterina Andronescu; Denisa Ficai; Georgiana Dolete; Bogdan Mihailescu,NR INREGISTRARE OSIM: A00774/2021, DATA ÎNREGISTRĂRII: 10.12.2021

I am text block. Click edit button to change this text. Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.

Partener (P1) – NANOM MEMS SRL