Geum.ru

Отчет о научно-исследовательской работе за 2007 год Тема нир: Разработка и создание новых нанотехнологий, способов нанометрии объектов микро-, нано- и биомеханики

Вид материалаОтчет
Подобный материал:

АННОТИРОВАННЫЙ ОТЧЕТ

о научно-исследовательской работе за 2007 год


Тема НИР: Разработка и создание новых нанотехнологий, способов нанометрии объектов микро-, нано- и биомеханики.

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: К-ры МТУ-иБМ,ФТТ,хим.фак.

Сроки проведения: начало - 01.01.2006 , окончание - 31.12.2007

Наименование годового отчетного/ завершающего этапа НИР: Исследование технологий синтеза и контроля наноразмерных структур, разработка математического аппарата для анализа параметров движений объектов биологии и медицины

Полученные научные и (или) научно-технические результаты: Исследованы новые технологии синтеза наноразмерных структур, создания и исследования свойств структур с нанометровыми слоями, проведена разработка математического аппарата для анализа па-раметров движений объектов биологии и медицины.

Разработана и апробирована меланж-гель технология получения ксерогелей кремниевой кислоты (КГ), модифицированных органическими реагентами (ОР). Технология основана на выделении мицеллярной фазы неионных ПАВ с ОР и нанесении её на поверхность КГ, полученного из дешёвых и доступных природных и промышленных материалов. Способ отличается универсальностью: применим для большинства ОР, независимо от их растворимости в воде, строения и степени гидрофобности; экспрессностъю, простотой и экономичностью. Он не требует дорогостоящего оборудования и не содержит длительных операций предварительной очистки или синтеза. Технология получения меланж-ксерогелей трёхстадийна: 1 стадия - получение матрицы-основы: ксерогеля кремниевой кислоты; 2 стадия - мицеллярная экстракция ОР в фазу нПАВ; 3 стадия - нанесение мицеллярной фазы на поверхность ксерогеля. Оценены физико-химические характеристики синтезированных ксерогелей (истинная и кажущаяся удельные массы, насыпная масса, пористость, суммарный объем пор).

Выявлены основные закономерности получения матрицы-основы и мицеллярной экстракции органических реагентов, определены количественные характеристики мицеллярной экстракции ОР.

метод комплексного, локального, экспрессного, неразрушающего определения геометрических параметров и оптических свойств слоёв в щелевых структурах на основе анализа угловых зависимостей отражённого монохроматического излучения.

Обоснована возможность применения одночастотной и многочастотной интерферометрии с использованием автодина на диоде Ганна для целей контроля движений тела человека, связанных с дыханием и сердцебиением. Реализованы методики, обеспечивающие дистанционный контроль формы движений грудной клетки пациента вследствие дыхательных движений и сердечных сокращений, и определены амплитуды и частоты этих движений.

Для контроля периодических движений грудной клетки, вследствие дыхательных движений и сердечных сокращений использовалась радиоинтерференционная СВЧ-схема. В СВЧ-радиоинтерферометре для реализации методики определения мгновенных положений тела человека, связанных с дыханием и сердцебиением, в качестве источника СВЧ-сигнала использовался генератор качающей частоты. Для автоматизации контроля физиологических параметров жизнедеятельности организма с использованием методов радиоволновой интерферометрии разработана специализированная программа, обеспечивающая ввод измерительного сигнала, посредством аналого-цифрового преобразователя, его математическую обработку и вывод на экран монитора результатов расчетов физиологических параметров жизнедеятельности организма.

Разработано устройство для оценки функционального и психоэмоционального состояния человека, принцип действия которого основан на регистрации глазодвигательной реакции человека.

Подробно изучены механические свойства сонных и коронарных артерий человека, артерий Вилизиева круга, мочеточника, тонкой кишки в двух направлениях и проведены экспериментальные исследования по определению свойств применяемых на сегодняшний день при пластике артерий заплат из синтетического и натурального материалов. 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 сосудистого русла. Разработана методика создания точных трехмерных геометрий артерий на различных стадиях заболевания и после хирургического вмешательства. Приведено численное решение трехмерных смешанных упруго-гидродинамических задач для моделей здоровой, патологически извитой и пораженной артерий, а также реконструированной бифуркации сонной артерии (общей сонной артерии, наружной сонной артерии и внутренней сонной артерии) с учетом анатомического строения и ортотропного гиперупругого характера поведения стенки сосуда. Исследовано напряженно-деформированное состояние сосуда с точки зрения гемодинамических параметров, связанных с атерогенезом. Предложен и подробно описан метод "виртуальной операции" по вшиванию заплаты, позволяющий подробно исследовать напряженно-деформированное состояние реконструированной бифуркации сонной артерии человека, что может служить базой для проведения клинических исследований с целью обоснования выбора оптимального материала и геометрии заплаты для конкретного пациента.

Полученная научная и (или) научно-техническая продукция: Новые методы получения и исследования наноразмерных структур с учетом фазовых превращений мицеллярных самоорганизующихся систем. Новые методы локального экс-прессного многопараметрового определения тол-щины и оптических свойств нанослоёв. Математический аппарат для анализа параметров движений объектов биологии и медицины.

Разработаны новые тест-системы на основе меланж-ксерогелей с мицеллярно-иммобилизованными ОР с улучшенными аналитическими характеристиками. Тест-системы применены для анализа природных и промышленных объектов (воды, почвенные вытяжки) на определение приоритетных загрязнителей ООС - тяжелых металлов: (Be(II), Al(III), Fe(III), Co(II), Cu(II), Cd(II), Pb(II), La(III)).

Для проведения одновременных многопараметровых измерений предложена и исследуется методика определений геометрического и потенциального рельефов на основе модуляции туннельного тока по зазору и напряжению при 3-х близких значениях разности потенциалов между зондом и образцом. Программа, позволяет на неоднородных по контактной разности потенциалов и геометрическому рельефу образцах восстанавливать реальный рельеф поверхности с учетом неоднородностей и получать информацию о величине туннельного зазора и контактной разности потенциалов за однократное сканирование поверхности.

Способ дистанционного контроля физиологических параметров жизнедеятельности организма. Устройство для оценки функционального и психоэмоционального состояния человека.

Предложенная в работе схема моделирования может быть использована для качественного изучения механизмов атерогенеза на различных стадиях болезни с точки зрения механики. Описанная модель "виртуальной" реконструкции артерии может служить базой для дальнейшего клинического исследования с целью объективизации выбора материала и геометрии заплаты для конкретного пациента.

Ключевые слова и словосочетания, характеризующие результаты (продукцию): Нанотехнологии, нанометрия, биомеханика, меланж-ксерогели, тест-системы, тест-средства, мицеллярная экстракция, тяжелые металлы, многопараметровое измерение, рельеф поверхности, сканирующий туннельный микроскоп, эндартерэтомия сонной артерии.

Наличие аналога для сопоставления результатов (продукции) или отсутствие аналогов: Тест-системы на основе ксерогелей кремниевой кислоты, полученные из дорогостоящих исходных компонентов, например, тетраэтоксисилана.В настоящее время существует промышленное оборудование, частично решающее проблему диагностики физической адаптированности к нагрузкам, состояния сосудов при патологии, диагностки параметров дыхательных движений, однако обладающее рядом существенных недостатков.

Преимущества полученных результатов (продукции) по сравнению с результатами аналогичных отечественных или зарубежных НИР:

а) по новизне: результаты являются новыми

б) по широте применения: на межотраслевом уровне

в) в области получения новых знаний Разработанная технология получения меланж-ксерогелей с иммобилизованныими ОР и тест-системы на их основе экономичнее (более дешевое исходное сырье ) и эффективнее в целях оперативного контроля за состоянием технологических процессов и объектов окружающей среды на содержание тяжелых металлов на уровне ПДК. Выявление основных свойств кровотока и напряженно-деформированного состояния стенок бифуркации сонной артерии в норме, при патологии в случае появления атеросклеротических бляшек, а также после проведения реконструктивной операции позволит разработать практические рекомендации по индивидуализации методики проведения операции, выбора материала и геометрии заплаты.

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

Предполагаемое использование результатов и продукции: Систематический экспресс-контроль состояния технологических процессов и окружающей среды на наличие приоритетных загрязнителей - тяжелых металлов на уровне ПДК.

Методы и результаты, полученные в рамках проводимых исследований, могут быть широко использованы как в медицинской практике, для индивидуализации выбора пластического материала при закрытии артериотомного отверстия после выполнения каротидной эндартерэктомии, для изучения динамики естественного течения атеросклеротического процесса, так и в биомеханике, для моделирования целого ряда биологических процессов.

Форма представления результатов НИР:

научно-технические отчеты - 1

учебники - 1

публикации в ведущих научных журналах - 9

статьи в других изданиях - 11

доклады - 1

заявки на объекты промышленной собственности - 1

патенты - 3

диссертации - 1

экспонаты выставок - 4


Библиографический список публикаций, отражающих результаты работы:

научно-технические отчеты:

1. Разработка и создание новых нанотехнологий, способов нанометрии объектов микро-, нано- и биомеханики. Номер государственной регистрации НИР: 01.2.00609620

учебники:

1. Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Усанов А.Д., Рытик А.П. Биофизические аспекты воздействия электромагнитных полей - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2007. - 150 с. (электронная публикация)

публикации в ведущих научных журналах:

1. Усанов Д.А., Мареев О.В., Скрипаль А.В., Мареев Г.О., Камышанский А.С. Бифуркации удвоения периода колебаний барабанной перепонки при увеличении звукового давления // Письма в ЖТФ. 2007. Том 33. Вып 21. С. 90-94

2. Бецкий О.В., Майбородин А.В., Креницкий А.П., Киричук В.Ф., Тупикин В.Д., Рытик А.П. Молекул. HITRAN-спектры газов метаболитов в терагерцовом и ИК- диап. ч-от и их прим. в биомед. техн-ях // Миллим-вые волны в биол. и мед. -2007. №1(45). - С. 60-64

3. Усанов Д.А. и др. Воздействие перем. магн. поля и электром. излучения терагерцового диапазона частот на функциональное состояние дафнии // Биомедицинские технологии и радиоэлектроника. - 2007. № 6. - С. 55-58.

4. Бецкий О.В. Молекулярные HITRAN-спектры газов метаболитов в терагерцовом и ИК- диапазонах частот и их применение в биомедицинских технологиях // Биомедицинская радиоэлектроника. - 2007. № 8-9. - С. 89-94.

5. Усанов Д.А., Л.Ю. Коссович, С.Ю. Монахов. Перспективы развития инновационного университетского комплекса в условиях высококонкурентной региональной среды. Инновации 2007 № 4-с. 67-69

6. Чернова Р.К., Козлова Л.М., Спиридонова Е.М., Бурмистрова Л.В. Сорбционно-фотометрическое определение свинца в объектах окружающей среды // ЖАХ. 2006. Т.61, №8. С.1-7

7.Биленко Д.И и др. Влияние давления атмосферного воздуха на токоперенос в структурах в структурах с окисленным пористым кремнием, ФТП 2007 т.41 вып. 8, c. 946-950.

8.Елшин М.А., Гуляев Ю.П. Постановка и решение задачи определения динамики кровотока в крупных артериях по одномоментной теории. Известия Сарат. ун-та. 2007. Вып. 1. С. 45-48.

9.Каменский А.В. Моделирование каротидной бифуркации методом конечного элемента. Известия Сарат. ун-та. 2007. Вып. 1. С. 48-54.

статьи в других изданиях:

1. Усанов Д.А. Дистанц. контроль физиол. парам-ов жизнед-ти организма // Материалы ежегодной Всеросс. научной школы-семинара "Методы компьютерной диагн. в биол. и мед. - 2007" - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2007. С. 33-37.

2. Усанов Д.А. Исслед. вынужденных колеб-ых движений глаз при косоглазии // Материалы ежегодной Всеросс. науч. школы-сем. "Методы компьютерной диагн. в биол. и мед. - 2007" - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2007. С. 70-73.

3. Рытик А.П., Усанов Д.А. и др. Видеоокулография как возможный метод детекции лжи // Материалы ежегодной Всеросс. науч. школы-сем. "Методы комп. диагн. в биол. и мед. - 2007" - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2007. С. 75-78.

4. Усанов Д.А. Рег-ция продольного смещения барабанной перепонки по спектру автодинного сигн. полупров-ого лазера // Материалы ежегодной Всеросс. науч. школы-сем. "Методы комп. диагн. в биол. и мед. - 2007" - Саратов: Изд. Сар. ун-та 2007. С. 113-116

5. Усанов Д.А. и др. Возможности метода период. световых воздействий при лечении оптич. нистагма // Труды межд. конф. "Рефракционные и глазодвиг. нарушения", М. 25-26 сент. 2007 - М.: Изд-во ФГУ Моск. НИИ глазных болезней им. Гельмгольца, 2007. С.71-73

6. Ячменева Е.И. Движ-е глаз при норм. бинокулярном зрении и при функцион-х нарушениях зрит. сис-мы // Труды межд. конф. "Рефракц. и глазодв. нарушения", М. 25-26 сент. 2007 - М.: Изд-во ФГУ Моск. НИИ глазных болезней им. Гельмгольца, 2007. С.83-84

7. Шуб Г.М. Примен. ТГЧ - излуч. на частоте молек. спектра поглощ. оксида азота (NO) при лечении эксперим-ой стафилококковой инфекции белых мышей. - Сбор. докл. 14 Росс. симп. "Миллиметровые волны в мед. и биол.". - 2-5 апр. 2007. М., стр. 136-138

8. Чернова Р.К., Козлова Л.М. Нанотехнология получения кремнийсодержащих меланж-ксерогелей для создания тест-систем // Изв. Сарат. ун-та. Сер. хим., биол., экол. 2006. Вып.1. Т.6. С.3-8

9. Чернова Р.К., Козлова Л.М. Технология получения меланж ксерогелей из жидкого стекла и ПАВ для получения тест-систем // Труды V Российско-Японского семинара МИСиС-Interactive Corp.-СГУ, Саратов, 2007. С.531-537

10.Биленко Д.И, и др. Прогнозирование сенсорных свойств наноструктур на основе окисленного пористого кремния. Труды V Российско-японского семинара "Оборудование, технологии и аналитические системы", 2007, т.1, с. 394-399.

11.Bilenko D.I. et al. Properties of structures on the based of oxidized porous silicon at influence of atmosphere air. 2nd Inter. Conference on Surfaces, Coatings and Nanostructured Materials. Abstracts book, 2007, Alvor Portugal, p.88.

доклады:

1. Козлова Л.М., Чернова Р.К., Глухова Т.С., Юдина Т.В. Некоторые закономерности мицеллярной экстракции моноазосоединений неионными ПАВ //Тез. докл. II Всерос. конф. по анал. химии "Аналитика России", Краснодар, 2007. С.215

заявки на объекты промышленной собственности:

1.Заявка РФ №2007121011. Способ определения оптических и геометрических параметров анизотропных щелевых структур с нанометровыми и субмикронными размерами элементов. Биленко Д.И., Сагайдачный А.А

патенты:

1. Патент на изобр. РФ № 2295911. Способ дистанц-го контроля физиолог. параметров жизнедеят. организма / Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Скрипаль Ан.В., Абрамов А.В., Постельга А.Э., Боголюбов А.С. Опубл. 27.03.2007. Бюл. №9. Патентообладатель - СГУ

2. Патент на изобретение № 2306851. Способ оценки потенциальной опасности коллапсоидных осложнений при резких физических нагрузках. Усанов Д.А., Протопопов А.А., Скрипаль А.В., Рытик А.П. Опубл. 27.09.2007г. Бюл. № 27. Патентообладатель - СГУ

3. Чернова Р.К., Козлова Л.М. Способ получения меланж-ксерогелей. Заявка на патент РФ от 23.07.2007

диссертации:

1.Каменский А.В. Математическое моделирование поведения бифуркации сонной артерии человека на различных стадиях атеросклеротического поражения и после операционного вмешательства 01.02.08 - биомеханика. 13 ноября 2007 г.

экспонаты выставок:

1. Золотая медаль Биотехнологической выставки-ярмарки "РосБиоТех-2007". Москва, Всероссийский выставочный центр, 21 по 24 ноября 2007 г. (Экспонат: Метод и аппаратура для биотестирования водной среды)

2. Золотая медаль за участие в VII Моск. междун. салоне инноваций и инвестиций 5 - 8 февраля 2007 г., ВВЦ, Москва. Компьют. видеотех-ии для диагностики и лечения нистагма глаз. Усанов Д.А., Скрипаль Ал.В., Усанова Т.Б., Скрипаль Ан.В., Абрамов А.В. СГУ.

3. Золотая медаль Международной выставки изобретений "IENA-2007" в г. Нюрнберге (Германия 1 -4 ноября 2007 г.)

4. Золотая медаль за участие в в III Сарат. Салоне изобр., инноваций и инвестиций 5 - 7 дек. 2007 г., Саратов (Разраб. аппаратных и программных средств для неинваз. скрининг диагн. тонич. сост. артериальных сосудов, Усанов Д. А. и др.


Использование результатов в учебном процессе: создание новых дисциплин, использование в преподавании существующих дисциплин

Число модернизированных и разработанных новых учебных программ высшего и послевузовского профессионального образования: 3

Предполагаемое развитие исследований Разработанные тест-системы могут быть в дальнейшем метрологически аттестованы и внедрены как в учебный процесс, так и в производство для быстрого и чувствительного контроля качества объектов окужающей среды на содержание приоритетных загрязнителей - тяжелых металлов.

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

Исследование возможности создания нового класса биологически активных структур, изменяющих свои свойства в зависимости от свойств среды, устройств малоинерционного управления излучением и нового класса наноэлектромеханических устройств.