Микрофлюидные системы представляют собой устройства, в которых управляемое движение малых объёмов жидкостей (от нанов до микролитров) осуществляется через каналы с характерными размерами от десятков до сотен микрометров. В радиохимии такие системы позволяют проводить высокоточные реакции с радиоактивными веществами, минимизируя риск облучения персонала и снижая образование радиоактивных отходов.
Ключевые свойства микрофлюидных систем:
Микрофлюидные технологии нашли широкое применение при синтезе радиофармпрепаратов, разделении радиоактивных изотопов и проведении реакций с короткоживущими радионуклидами. Возможность работы с малыми объемами критически важна при обращении с высокорадиоактивными веществами, где каждый миллилитр реагента представляет опасность.
Основные направления применения:
Синтез радиофармпрепаратов Использование микрофлюидных реакторов обеспечивает высокую скорость реакции и оптимальное управление стехиометрией, что особенно важно для короткоживущих изотопов, таких как ^11C и ^18F. Микрофлюидика позволяет уменьшить объем растворителей, ускорить процессы аликвотного дозирования и интегрировать автоматический контроль качества.
Разделение и очистка изотопов Микрофлюидные колонны и мембранные системы применяются для селективного разделения изотопов по химическим и физическим свойствам. Высокая площадь поверхности и точное регулирование потока реагентов обеспечивают высокую эффективность разделения при минимальном объёме отходов.
Контроль радиоактивных реакций в реальном времени Встроенные микродетекторы и спектрометрические системы позволяют отслеживать кинетику радиоактивных реакций и оперативно корректировать условия, что критически важно для короткоживущих радионуклидов и для процессов с потенциальным выбросом высокоактивных продуктов.
Материалы Выбор материала каналов и реакторных камер определяется химической устойчивостью, радиационной стойкостью и совместимостью с используемыми реагентами. Чаще всего применяются стекло, кварц, полимеры высокой химической стойкости (например, PEEK или PTFE).
Геометрия каналов Форма и размер каналов критически влияют на ламинарный поток, микромешение и эффективность теплообмена. Узкие каналы способствуют быстрому переносу тепла, но требуют точного контроля давления и скорости потока.
Интеграция сенсоров Детекторы радиоактивности, датчики pH, температуры и проводимости могут быть встроены непосредственно в микрофлюидную систему, обеспечивая непрерывный мониторинг процесса без необходимости извлечения проб.
Несмотря на многочисленные преимущества, микрофлюидные системы сталкиваются с рядом ограничений:
Интеграция микрофлюидных технологий с наноматериалами, катализаторами на микроуровне и высокочувствительными детекторами открывает новые возможности для синтеза редких радионуклидов и создания компактных радиохимических лабораторий на базе микросистем. Автоматизация, цифровой контроль потоков и применение гибридных систем «микрофлюидика + радиохимия» позволяют не только повысить безопасность, но и значительно расширить спектр химических реакций с радиоактивными веществами.
Микрофлюидные системы становятся неотъемлемым элементом современной радиохимии, сочетая точность, безопасность и эффективность при работе с высокорадиоактивными и короткоживущими изотопами.