Geum.ru

Отчет о научно-исследовательской работе за 2008 год Тема нир: Разработка новых нанотехнологий синтеза, способов диагностики и методов исследования наноструктур и композитов,

Вид материалаОтчет
Подобный материал:
АННОТИРОВАННЫЙ ОТЧЕТ

о научно-исследовательской работе за 2008 год


Тема НИР: Разработка новых нанотехнологий синтеза, способов диагностики и методов исследования наноструктур и композитов, биологических сред и биообъектов, методов численного моделирования биомеханических систем.

Характер НИР: фундаментальное научное исследование

Исполнитель (руководитель) НИР: Коссович Л.Ю., д.ф.-м.н., проф.

Вуз (организация), в котором проводится НИР: Саратовский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского

Наименование структурного подразделения вуза (организации), в котором проводится НИР: Научно-исследовательская часть

Сроки проведения: начало - 01.01.2008 , окончание - 31.12.2010

Наименование годового отчетного/ завершающего этапа НИР: Разработка способов диагностики биологических сред, моделей биогидродинамических систем и исследование кинетики биобъектов и их непроизвольных движений

Полученные научные и (или) научно-технические результаты:

Проведены серии экспериментов для определения физико-механических параметров стенок БСА (общей сонной артерии, наружной сонной артерии и внутренней сонной артерии), артерий Виллизиева круга, а также заплат из синтетических и биологических материалов применяемых на сегодняшний день при пластике артерий; проведен сравнительный анализ гистологического строения общей сонной артерии и ее ветвей;

На основе морфометрического исследования создана база данных геометрических и морфометрических параметров общей, наружной и внутренней сонных артерий человека с учетом возраста, пола и типа телосложения; разработан метод подбора параметров для моделей стенки сосуда и заплаты на основе экспериментальных данных; проведена трехмерная реконструкция профилей скорости по in vivo данным ультразвуковой допплерографии на различных участках БСА; разработана методика создания точных трехмерных геометрий артерий на различных стадиях заболевания и после хирургического вмешательства; проведено построение численно-аналитической трёхмерной модели динамики кровотока и напряженного состояния для различных моделей стенок сосуда (нелинейных, гиперупругих, однородных и ортотропных) в зоне БСА в норме, при патологии, после реконструктивной операции; рассмотрены варианты патологических извитостей сонных артерий: S-образная извитость, C-образная извитость и петля; по результатам численного эксперимента получены данные по движению крови и стенок артерий, проведен анализ результатов и сравнение с клиническими данными; изучена дисперсия гармонических волн в волноводе с неоднородными механическими свойствами; проводится работа над созданием конечно-элементного пакета, делающего возможным проведение "виртуальной операции" на стадии предоперационного обследования пациента ; разработана программа моделирования процесса распознавания холестериновых бляшек в сонной артерии. Данная программа позволяет создать необходимое количество образцов изображений пораженных холестериновыми бляшками артерий для создания многослойной нейронной сети, позволяющей анализировать изображения, полученные с приборов, для идентификации холестериновых бляшек и расчета необходимых параметров ее расположения.

Для исследования белковых гидролизатов в биологии и медицине необходимо разделение и надежное определение смесей аминокислот (строительный материал в построении белковых структур). Одним из простых, доступных и перспективных методов разделения АК является зональный электрофорез на целлюлозных поддерживающих матрицах в присутствии нанореакторов - мицелл ПАВ. В кислых средах (30% уксусная кислота, цитратный буферный раствор) изучена подвижность 20 незаменимых АК при варьировании: плотности целлюлозной матрицы, размер ее пор, впитываемости воды и буферной среды, степень адсорбции поддерживающей средой АК. Выявлены группы аминокислот с наиболее высокой подвижностью: основные (лизин, гистидин, аргинин) и нейтральные (глицин, аланин, валин, лейцин). Найдены зависимости величин Rf от молекулярной массы АК, уменьшающийся в ряду глицин - аланин - серин - пролин - валин - треонин - цистеин в отсутсвие и присутсвии нанореакторов мицелл различных ПАВ. Модификация электролита анионными ПАВ (0.5 г/дм3) существенно и дифференцированно увеличивает подвижности аминокислот.

Исследованы 5 типов реакций конденсации АК с органическими реагентами различных классов: КС (альдегиды), нафтохиноны, кетоны, ариламины (в реакциях диазотирования и азосочетания). Показана принципиальная возможность определения АК в фотометрическом и денситометрическом вариантах. Разработаны методики электрофоретического разделения с последующим денситометрическим определением 20 различных смесей аминокислот.

Разработана слоистая наноструктура с управляемым разностью потенциалов между внешними поверхностями структуры массопереносом (СНОУМ) - . прообраз нового класса <лекарств>, в которых концентрация заданного вещества обратимо управляется изменением состояния окружающей среды и, или, внешним воздействием. Эффект управляемой памяти в таких структурах может служить основой нового класса электронных компонентов - мемристоров, наноэлектромеханических сенсоров с управляемой высокой избирательной чувствительностью к заданным веществам.

Разработаны методы комплексного определения толщины и спектральных зависимостей оптических свойств нанометровых слоёв в различных структурах и их экспрессного многопараметрового определения на фиксированных длинах волн.

Полученные первые результаты исследований воздействия различных модификаций кремния (монолитный монокристаллический кремний, пористый кремний и наночастицы кремния)указывают не только на существенное влияние кремния на ряд биологических процессов, но и на то, что характер и интенсивность таких воздействий существенным образом зависят от модификации кремния.

Приведены результаты измерений продольного смещения барабанной перепонки на фоне вибраций, возбуждаемых периодическим звуковым воздействием. Экспериментально установлено наличие продольного смещения барабанной перепонки при увеличении интенсивности звукового воздействия.

Описана и теоретически обоснована методика бесконтактного измерения расстояния с использованием токовой модуляции частоты излучения полупроводникового лазера, работающего в автодинном режиме.

Экспериментально установлено уменьшение амплитуды нистагма глаз при формировании зрительных стимулов, характерных для возбуждения оптокинетического нистагма.

Полученная научная и (или) научно-техническая продукция: Разработана программа моделирования процесса распознавания холестериновых бляшек в сонной артерии. Данная программа позволяет создать необходимое количество образцов изображений пораженных холестериновыми бляшками артерий для создания многослойной нейронной сети, позволяющей анализировать изображения, полученные с приборов, для идентификации холестериновых бляшек и расчета необходимых параметров ее расположения.

Разработаны методики: 1) выделения гистидина из смеси аминокислот; 2) определения аланина (0,09 мг/л), изолейцина (0,13 мг/л) и валина (0,12 мг/л) с помощью сканер-технологии; 3) тест-методика идентификации триптофана в смесях аминокислот.

Разработан метод, основанный на анализе спектра автодинного сигнала полупроводникового лазера, и создан макет измнерителя величины смещения барабанной перепонки для различных уровней звукового воздействия.

Разработан метод обнаружения периодических непроизвольных движений биологических объектов, основанный на использовании модулированного по частоте лазерного излучения.

Методика уменьшения амплитуды нистагма глаз при формировании зрительных стимулов, обеспечивающих возбуждение оптокинетического нистагма.

Метод комплексного многопараметрового экспрессного определения толщины, показателя преломления и показателя поглощения нанослоёв в различных структурах на фиксированных длинах волн.

Новый метод многопараметрового определения свойств и топологии структур с развитой объёмной топологией.

Методы и средства контроля процессов и структур in situ.

Ключевые слова и словосочетания, характеризующие результаты (продукцию): биомеханика, математическое моделирование, поверхностно-активные вещества, нанореакторы, массоперенос, наночастицы, биоактивность кремния, полупроводниковый лазерный автодин, наносмещения , оптокинетический нистагм

Наличие аналога для сопоставления результатов (продукции) или отсутствие аналогов: аналог отсутствует

Степень готовности полученных результатов к практическому использованию: выполнен эксперимент. образец (установки, методики, системы, программы и т.д.)

Предполагаемое использование результатов и продукции: Индивидуализация выбора пластического материала при закрытии артериотомного отверстия после выполнения каротидной эндартерэктомии. Описание динамики естественного течения атеросклеротического процесса.

Диагностика заболеваний, исследование состава белковых гидролизатов, возможность подтверждения подлинности растворов триптофана в фармации.

Разработка методов получения наноструктур с управляемым массопереносом и устройств обработки информации.

Создание автоматизированных комплексов для неинвазивной диагностики микро- и нанодвижений объектов биологии и медицины.

Форма представления результатов НИР:

публикации в ведущих научных журналах - 4

статьи в других изданиях - 3

доклады - 14

патенты - 6

экспонаты выставок - 3


Библиографический список публикаций, отражающих результаты работы:

публикации в ведущих научных журналах:

1.Усанов Д.А. и др. Изменения параметров колебательных движений глазного яблока в результате периодического светового воздействия при сложном характере нистагма // Известия высших учебных заведений. ПНД. 2007. Том 15. № 6. С. 45-56.

2.Д.А. Усанов, А.В.Скрипаль, Т.Б. Усанова, А.М. Горшков. Анализ вынужденных колебательных движений глаз при косоглазии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника - 2008 г. №1-2. С.99-103.

3.Кащенко Т. П., Усанов Д. А. и др. Устойчивость эффекта уменьшения амплитуды нистагма у детей при периодическом световом воздействии // Вестник офтальмологии. 2008. №3. С.46-47.

4.А.В. Скрипаль, Усанов Д. А. и др. Определение подвижности барабанной перепонки по спектру автодинного сигнала полупроводникового лазера. // Альманах клинической медицины. - 2008. - Москва. 2008. Т. XVII. Часть 2. С.358-362.

статьи в других изданиях:

1.И.В.Кириллова, Гуляев Ю.П. Д.В. Иванов, Е.Л. Коссович, А.В. Каменский, В.О. Поляев, Н.В. Островский, К.М. Морозов. Математическое моделирование бифуркации сонной артерии в норме, при патологии и после реконструктивной операции. Материалы конф. Биомех

L. Yu. Kossovich and I.V. Kirillova . Dynamics of Shells Under Shock Loading: an Asymptotic Approach. Civil-Comp Press, 2008. Pp. 1-20

L.Yu. Kossovich, I.V. Kirillova, Yu.P. Gulaev, D.V. Ivanov, A.V. Kamenskiy, V.O. Polyaev, N.V. Ostrovskiy, K.M. Morozov. Mathematical modelling of human carotid in healthy, affected or post-corrective surgery conditions. India

доклады:

1.Доклад о развитиии механики в СГУ на сессии совета РАН. Якутск . Июнь 2008

2.Доклад "Математическое моделирование бифуркации сонной артерии в норме, при патологии и после реконструктивной операции "на 9 Всероссийской конференции по биомеханике. НижнийНовгород

3.Доклад "Dynamics of Shells Under Shock Loading: an Asymptotic Approach" на конференции Ninth International Conference on Computational Structures Technology, Греция, сентябрь 2008.

4.Доклад на совместном российско-индийском семинаре "Mathematical modelling of human carotid in healthy, affected or post-corrective surgery conditions ", ноябрь, 2008

5.Чернова Р.К. и др. Индуцированный транспорт аминокислот через биологические барьеры кожных тканей IN VITRO // Материалы ежегодной Всероссийской научной школы-семинара "Методы компьютерной диагностики в биологиии медицине-2008". Саратов, 2008. С.155.

6. Никонова Д.А., Селифонова Е.И. Некоторые нанохимические аспекты электрофоретического разделения альфа-аминокислот // Материалы XV Междун. конф. по фундаментальным наукам "Ломоносов-2008". Москва, 8-11 апреля, 2008: С.58.

7. Селифонова Е.И., Чернова Р.К., Никонова Д.А. Разделение а-аминокислот методом зонального электрофореза в гидрофобизированных средах // VIII Украинская конфер. По аналитической химии Одесса, 8-12 сентября, 2008: "Атлант", 2008.- С.138

8. Селифонова Е.И., Царевская О.А., Чернова Р.К. Органические реагенты для фотометрического и тест-определения ?-аминокислот // IV регион. науч. конф. "Проблемы теоретической и экспериментальной аналитической химии". Пермь, 1-3 апреля, 2008: С.64.

9. Селифонова Е.И., Чернова Р.К. Закономерности электрофоретического разделения аминокислот // II Междун. форум "Аналитика и аналитики". Воронеж, 22-26 сентября, 2008. Реф. докл.: ВГТА, 2008.- Т.2.- С.552. ISSN 1144-875.

10. Чернова Р.К., Козлова Л.М., Селифонова Е.И. Тест-методы химической диагностики биологически активных веществ в медицине // Мат. ежегодной Всерос. науч. школы-семинара "Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине-2008".Саратов, 2008.С.15-18.

11.Усанов Д.А. и др. Компьютерная видеотехнология регистрации движений глаз // Материалы Всероссийской н.школы-семинара "Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине" - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2008. С. 35-39.

12.Усанов Д.А. и др. Математическая модель описания колебательных движений глаз при косоглазии // Сб. трудов XXI Международной научной конференции "Математические методы в технике и технологиях- ММТТ-21". 27-30 мая 2008 г. Т.9. Саратов.2008. С.66-69

13.Усанов Д.А. и др. Математическое обоснование метода измерения смещения барабанной перепонки // Сборник трудов XXI Международной научной конференции "Математические методы в тхнике и технологиях" - 2008. - Саратов: 2008. Т. 9. С.69-72

14.Усанов Д.А. и др. Измерение характеристик движения барабанной перепонки лазерным автодинным методом // Материалы Всероссийской н.школы-семинара "Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине" - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2008. С. 11-15

патенты:

1. Решение о выдаче патента на изобретение по заявке № 2007121011.28 от 06. 06. 2008)

2. Свидетельство о регистрации №10716 от 05.06.2008 отраслевого фонда алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию

3.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ А.с. №2008613233 "Лазерный измеритель микро- и нанометровых вибраций" / Усанов Д.А. и др. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 2 июля 2008 г.

4.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ А.с. №2008610125 РФ. Возбуждение оптокинетического нистагма "NystagmProducer" / Усанов Д.А., Абрамов А.В., Скрипаль А.В., Усанова Т.Б. Заявл. 02.11.07

5.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ А.с. №2008610124 РФ. Определение частоты сердцебиения дафнии "Daphnia" / Усанов Д.А., Скрипаль Ан.В., Абрамов А.В., Скрипаль А.В., Усанов А.Д. Заявл. 02.11.07

6.Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ А.с. №2008613235 "Компьютерная видеодиагностика параметров движений глаз" / Усанов Д.А. и др. Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 2 июля 2008 г

экспонаты выставок:

1.Золотая медаль VI-ой МЕЖДУНАРОДНОЙ ВЫСТАВКИ ИЗОБРЕТЕНИЙ в Сучжоу Международном Экспо Центре (Китайская Народная Республика), 16 - 21 октября 2008 г. "Компьютерные видеотехнологии для диагностики и лечения нистагма глаз".

2.Золотая медаль IV-й Международной ярмарки изобретений "SIIF-2008", Сеул, Корея, 11- 15 декабря 2008 г. Компьютерные видеотехнологии для диагностики и лечения нистагма глаз.

3.Бронзовая медаль 6-й международной специализированной выставки "Мир биотехнологии 2008" 11-13 марта 2008 г., Москва. Аппаратура для тестирования водной среды


Использование результатов в учебном процессе: создание новых дисциплин, продукция для обеспечения учебного процесса

Число модернизированных и разработанных новых учебных программ высшего и послевузовского профессионального образования: 8

Предполагаемое развитие исследований Проведение научных исследований с целью создания современных методик прогноза хирургических восстановительных операций на кровеносных сосудах, мягкой и костной тканях.

Разработка условий электрофоретического разделения аминокислот разных групп из сложных смесей и методик их количественного цветометрического определения; поиск специфических тестов на отдельные аминокислоты; освоение установки капиллярного электрофореза и стандартизации условий разделения основных аминокислот в кислых буферных средах.

Создание методов и устройств многопараметрового определения свойств наноструктур.

Создание и изучение свойств новых наноструктур на основе кремния и серебра, перспективных для воздействия на биообъекты на основе массопереноса.

Исследование биологической совместимости углеродных наноструктур с клетками фибробластов. Разработка метода автодинной лазерной интерферометрии микро- и нанодвижений биологических объектов.