Sviluppo di dispositivi microfluidici multifunzionali

E.V. Naidyonov, dottorando al 3° anno, assistente del dipartimento di Elettronica e Microtecnologie, filiale dell'Università Nazionale di Ricerca "MEI" di Smolensk
I.A. Kostylev, studente del 4° anno del dipartimento di Sistemi e Reti di Telecomunicazioni della Accademia Militare della Difesa Aerea delle Forze Armate della Federazione Russa intitolata al Marshal dell'Unione Sovietica A.M. Vasilevsky
A.V. Teplov, studente del 4° anno del dipartimento di Elettronica e Microtecnologie, filiale dell'Università Nazionale di Ricerca "MEI" di Smolensk

Abstract del progetto
Attualmente, il numero di analisi e test ad alta precisione nei settori della microbiologia, biochimica, farmacologia, cosmetologia e altri settori correlati ha raggiunto livelli record e sono associati a un grande interesse scientifico ed economico della comunità mondiale, nonché a numerose scoperte e risultati. Per ottenere i risultati più precisi nei test di nuovi composti promettenti, sono in corso sviluppi di complessi apparati analitici. L'unità funzionale di tali complessi è il dispositivo microfluidico su chip. Le strutture conosciute dei chip microfluidici generalmente prevedono il loro utilizzo monouso per un solo ambito specializzato. In questo progetto vengono proposte diverse soluzioni tecniche per lo sviluppo di dispositivi microfluidici multifunzionali riutilizzabili, in grado di essere applicati in un ampio ventaglio di settori.

Idea di business:

1. Organizzazione di un'azienda di ricerca e sviluppo con un sistema fiscale semplificato, di tipo chiuso, con infrastruttura specializzata, che si occupa dello sviluppo di dispositivi microfluidici multifunzionali.

2. Vendita di licenze per l'uso delle tecnologie di assemblaggio di dispositivi microfluidici a un'impresa partner, oppure organizzazione di una nuova impresa di produzione nell'area di Smolensk con una crescita annuale del valore di mercato del business superiore a 15.000.000 rubli.

Obiettivi dell'idea di business:

1. Promozione della tecnologia e dei prodotti ad alta tecnologia sviluppati, sul mercato interno e internazionale.

2. Creazione di un ambiente economico e di condizioni per la nascita di nuove organizzazioni progettuali e la creazione di nuovi posti di lavoro innovativi.

L'impresa appartiene al settore delle medie e grandi imprese.
Periodo di recupero dell'investimento: 25 mesi.
Reddito netto attualizzato (NPV): NPV = 527.738.264 rubli.
Tasso di sconto: 24,5%.
Costo del prodotto in produzione di serie: 2.300 rubli.

Il progetto è stato finalista dell'acceleratore federale Generation-S 2015, Skolkovo StartUp Village 2015, e finalista del concorso nazionale Stand Up Science 2015.

Risultato scientifico-tecnologico
Attualmente sono in corso lavori di progettazione e test su dispositivi microfluidici (MFS) e il collaudo di un bus universale per il collegamento. Il prototipo del dispositivo è mostrato nella Figura 1.

a) b)
Figura 1 – Progetto di sviluppo di sistemi microfluidici riutilizzabili con un sistema universale di collegamento:
a) prototipo funzionante di MFS (con substrato di circuiti stampati) e bus universale con set di ingressi e uscite;
b) modello concettuale di MFS in fase di sviluppo con sistema universale di collegamento.

Il progetto ha una base scientifica solida, in quanto costituisce un'estensione scientifico-ingegneristica dei progetti RFBR №94-04-13544 e №96-04-50991. Il team di progetto comprende un gruppo di giovani ricercatori, dottorandi, laureati, e studenti, che partecipano attivamente allo sviluppo.

Il progetto è stato sviluppato in collaborazione con il centro di ricerca dell'Università Nazionale di Ricerca "MEI" di Smolensk e il centro di utilizzo collettivo della fondazione "Skolkovo". Sono stati condotti incontri con potenziali clienti come LLC "National BioService" (San Pietroburgo) e il Centro di Patologia e Patofisiologia dell'Accademia Russa delle Scienze Mediche (Mosca), con cui sono stati firmati accordi preliminari di collaborazione. Inoltre, sono stati ricevuti proposte di partenariato da dieci aziende operanti nei settori della biologia e farmacologia.

Il progetto è curato dalla fondazione "Skolkovo" e dal "Fondo per lo sviluppo delle iniziative Internet".

Informazioni sullo stato attuale della ricerca
Attualmente, è stato completato l'analisi di otto brevetti sull'invenzione che confermano l'affidabilità del metodo e degli algoritmi proposti. È stata presentata la domanda per un modello utile. È disponibile un campione funzionante di MFS, mentre è in fase di completamento l'assemblaggio del campione del sistema di controllo. È in corso la procedura di registrazione di un modello industriale del dispositivo. Sono inoltre stati ottenuti 4 certificati per software registrati. Sono state presentate altre 6 domande di registrazione.

Valutazione economica dell'attrattività dell'investimento nel progetto
Periodo di recupero dell'investimento: 25 mesi.
Reddito netto attualizzato (NPV): NPV = 527.738.264 rubli.
Tasso di sconto: 24,5%.
Costo del prodotto in produzione di serie: 2.300 rubli.

Elenco delle pubblicazioni relative al tema della ricerca

1. Naidyonov E.V. "Sviluppo di piattaforme cibernetiche micro-macchiniche per la coltivazione di reti capillari endoteliali in vitro nello spazio dei microflussi organizzati del mezzo nutritivo", Bulletin delle nuove tecnologie mediche (rivista elettronica), Tula, 2015, Vol. 9 No.2. URL: link.

2. Naidyonov E.V., Yakimenko I.V. "Metodo di gestione della piattaforma hardware di sistemi tecnici complessi", Onde Elettromagnetiche e Sistemi Elettronici, 2015, Vol. 20, No. 2, pp. 39-46.

3. Naidyonov E.V., Yakimenko I.V., Glotov V.A. "Micromacchine piattaforma cibernetica per microflussi per la coltivazione e auto-sviluppo di reti capillari endoteliali in vitro: progettazione e modellizzazione al computer", Conferenza scientifica internazionale "Fisica e radioelettronica in medicina ed ecologia", 2014.

4. Naidyonov E.V., Pavlyuk A.I., Teplov A.V. "Sviluppo di un sistema automatizzato di controllo delle reazioni chimiche nel processo tecnologico", Atti del Congresso Nazionale dei Giovani Scienziati, SPb: Università ITMO, 2015. URL: link.

5. Naidyonov E.V., Pavlyuk A.I., Teplov A.V. "Sviluppo di un bus universale per il collegamento di chip microfluidici", Conferenza Internazionale di Studenti e Dottorandi in Tecnologie dell'Informazione, Energia ed Economia, Smolensk, 2015, pp. 159-162.

6. Kostylev I.A., Shcherba N.V., Pashkeev E.V., Lesonen Yu.I. "Modellizzazione a stato solido nel sistema Compass e la loro applicazione nella realizzazione di modelli di assemblaggio", Gioventù, Scienza, Innovazioni. Atti del V Congresso Nazionale Studentesco, 2013, pp. 77.

7. Delegovskaya T.V., Naidyonov E.V., Prokofyeva P.A. "Sistema multifunzionale di dosaggio e distribuzione dei flussi di liquido nei processi tecnologici", Matematica Morfologica. Rivista elettronica di matematica, tecnologia e biologia, Smolensk, 2014. URL: link.