Цитируемые ученые: сенсоры и ПО для анализа биоматериалов

| 504

Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за май. Так, самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ за этот период имеет индекс Хирша 40, а самый высокорейтинговый журнал — Импакт-фактор 10,733.  

  

Исследовательская школа химических и биомедицинских технологий

 

Уникальная плазмон-индуцируемая нитроксид-опосредованная полимеризация как способ получения функциональных поверхностей 

Журнал: Journal of Materials Chemistry A (ИФ 10,733; Q1) 

Ольга Гусельникова, инженер ИШХБМТ; Марина Трусова, заместитель директора по развитию ИШХБМТ; Павел Постников, доцент ИШХБМТ; Marque R. A. Sylvain, Gerard Audran (индекс Хирша 17), Jean-Patrick Joly из Университета Экс-Марсель (Франция); Евгений Третьяков (индекс Хирша 22), Новосибирский институт органической химии имени Н.Н. Ворожцова СО РАН; David Mares, Vitezslav Jerabek, Чешский технический университет в Праге; Вацлав Шворчик (индекс Хирша 40), Олексий Лютаков (индекс Хирша 17), Университет химии и технологии в Праге. 

«Плазмон как стимул открывает новые возможности для селективной и регулируемой “поверхностной” полимеризации и созданию функционализации поверхностей. Нами был представлен первый пример плазмон-индуцируемой нитроксид-опосредованной полимеризации для прививки сополимеров, чувствительных к различным стимулам. Мы продемонстрировали не только возможность контроля над свойствами полимерной пленки, но и разработку сенсорной системы на основе спектроскопии комбинационного рассеяния для обнаружения гликопротеинов в качестве мощного примера потенциала такой полимеризации», — отмечают авторы статьи.

Фото: принципиальная схема процесса полимеризации   

Quanfima: программный пакет открытого доступа для автоматического анализа волокнистой структуры биоматериалов

Журнал: PLoS One (ИФ 2,766; Q1) 

Светлана Шкарина, инженер-исследователь научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы»; Роман Сурменев, директор научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы»; Мария Сурменева, старший научный сотрудник научно-исследовательского центра «Физическое материаловедение и композитные материалы»; Роман Шкарин, Андрей ШкаринCecilia Angelica (Индекс Хирша 23), Weinhardt Venera, Baumbach Tilo (Индекс Хирша 34), Mikut Ralf (Индекс Хирша 20) из Технологического института Карлсруэ (Германия).          

«Композитные трехмерные скаффолды, представленные различными материалами с волокнистой структурой или содержащие различные филлеры (добавки, например, биоактивные нано- или микрочастицы) доказали положительный эффект на процессы регенерации различных тканей. Анализ волокнистой структуры в композитных биоматериалах, особенно в трехмерном пространстве, является сложной задачей вследствие различного диаметра волокон (от нано до микромасштаба) и их состава. В настоящее время отсутствует программное обеспечение, которое позволяет проводить анализ волокон с точки зрения их ориентации в пространстве относительно выбранного базиса и размера», — поясняют исследователи. 

Таким образом, в данной статье приведены результаты исследований по разработке нового и находящегося в открытом доступе программного обеспечения под названием Quanfima. Оно позволяет проводить полный анализ гибридных волокнистых биоматериалов, включающий определение ориентации волокон, их размер (также размер частиц, входящих в их состав в случае композитных волокон) и пористость скаффолдов. 

В статье показан типичный способ использования программы Quanfima на примере анализа данных рентгеновской томографии, полученных для волокнистых скаффолдов на основе поликапролактона, а также композитных скаффолдов на основе поликапролактона с добавлением биоактивных микрочастиц модифицированного гидроксиапатита - кремнийсодержащего гидроксиапатита. 

Исследователи отмечают, что разработанное программное обеспечение может использоваться для анализа волокнистой структуры любых скаффолдов, в том числе гибридных.

Фото: изображения различных конфигураций полимерных волокон скаффолда: a) с выровненной структурой (A); b) с частично-выровненной (M); c) со случайной ориентацией волокон (D); d) центральный срез в YZ-плоскости волокон, обработанный различными способами (детали приведены в статье).

Оптическая система с усилением яркости для наблюдения горения нанопорошков на основе алюминия

Журнал: IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement (ИФ 2,794; Q1) 

Ли Линь, аспирант, техник отделения электронной инженерии ИШНКБ, аспирант ИШХБМТ; Андрей Мостовщиков, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории СВЧ-технологии ИЯТШ; Александр Ильин, профессор отделения естественных наук ШБИП; Федор Губарев, доцент ИШХБМТ; Смирнов Андреас из Нюрнбергского технического университета (Германия).       

В данной работе представлены результаты исследования процесса горения в воздухе нанопорошка алюминия и его смесей с микропорошком алюминия и оксидом железа III в режиме реального времени. 

«Оптическая система с усилителем яркости использовалась наряду со скоростной видеорегистрацией для оценки отражательной способности поверхности нанопорошка. Отражательная способность анализировалась путем регистрации фотодиодом интенсивности излучения, отраженного от поверхности и усиленного усилителем яркости на длинах волн 510,6 и 578,2 нм. Анализ изображений, полученных с помощью высокоскоростной камеры и осциллограмм сигнала фотодиода, показал, что интенсивность выходного сигнала усилителя яркости соответствует основным стадиям процесса сгорания, включая начало сгорания, распространение тепловой волны и нарастание вторая волна сгорания», — говорится в статье. 

Эта методика предлагается для исследования и контроля процессов горения с температурами 2200-2400 °C, сопровождающихся интенсивной фоновой засветкой. Работа представляет интерес для специалистов в области физики горения и высокоэнергетичных материалов. 

Фото: графический абстракт 

 

Инженерная школа энергетики

 

 Исследование тепловых эффектов пиролиза биомассы в реакторе с неподвижным слоем

Журнал: Biomass and Bioenergy (ИФ 3,358; Q1) 

Роман Табакаев, доцент, научный сотрудник научно-образовательного Центра им. И.Н. Бутакова; Александр Астафьев, инженер ИШЭ; Юлия Шаненкова, ассистент отделения электроэнергетики и электротехники ИШЭ; Юрий Дубинин, Николай Языков, Вадим Яковлев, Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН. 

Целью настоящей работы является исследование термического преобразования биомассы в процессе медленного низкотемпературного пиролиза применительно к его реализации в слоевом реакторе. В работе использованы методы физического эксперимента, дифференциальный термический анализ и электронная сканирующая микроскопия. 

«Эксперимент показал, что в процессе низкотемпературного пиролиза проб соломы и торфа наблюдался тепловой экзотермический эффект разложения, приводящий к увеличению скорости роста температуры в слое сырья. При этом в случае пиролиза соломы происходило увеличение температуры в слое свыше уровня температуры стенки реактора: этот эффект проявляется в диапазоне температур 290-500°С, а максимальное превышение отмечено при 365°С. Термогравиметрическим анализом установлено, что низкотемпературное разложение биомассы, как соломы, так и торфа, протекает в две стадии: первая стадия начинается при температурах 170-180°С и продолжается до 340-360°С, вторая – от 340-360°С до 600°С. Величина теплового эффекта пиролиза составила для соломы 1475 кДж/кг, торфа – 862 кДж/кг. Методом сканирующей микроскопии получены изображения изменения структуры биомассы в процессе пиролитического разложения», — отмечают исследователи. 

 

Исследовательская школа физики высокоэнергетических процессов

 

Модификация поверхности алюминия высокоинтенсивной имплантацией ионов титана: микроструктура, механические и трибологические свойства

Журнал: Surface and Coatings Technology (ИФ 2,906; Q1) 

Александр Рябчиков, заведующий научной лаборатории высокоинтенсивной имплантации ионов ИШФВП; Егор Кашкаров, ассистент отделения экспериментальной физики ИЯТШ, младший научный сотрудник международной научно-образовательной лаборатории технологии водородной энергетики ИЯТШ; Алексей Шевелев, инженер лаборатории высокоинтенсивной имплантации ионов ИШФВП; Денис Сивин, старший научный сотрудник лаборатории высокоинтенсивной имплантации ионов ИШФВП; Алексей Обросов из Бранденбургского технологического университета. 

Работа посвящена исследованию и разработке нового метода улучшения свойств поверхностей различных материалов. Предложен новый способ импульсно-периодического плазменно-иммерсионного формирования высокоинтенсивных пучков ионов металлов, газов, полупроводниковых материалов с плотностью ионного тока в диапазоне от десятков до нескольких сотен миллиампер на квадратный сантиметр. 

Разработаны источники аксиально-симметричных и ленточных сфокусированных пучков ионов низкой энергии металлов и газов. Впервые показана возможность ионного легирования металлов и сплавов высокоинтенсивными пучками ионов с очень высокими плотностями тока, обеспечивающая, по сравнению с традиционной имплантацией, увеличение глубины проникновения ионов металлов, газов до десятков и сотен микрометров. Глубокое ионное легирование материалов обеспечивает многократное улучшение макроскопических эксплуатационных свойств материалов. 

 

Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности

 

Кинетическое моделирование пространственно-временной структуры усиления активной среды на парах меди

Журнал: Optics Communications (ИФ 1,887; Q2) 

Станислав Торгаев, доцент отделения электронной инженерии ИШНКБ; Антон Кулагин, ассистент отделение экспериментальной физики ИЯТШ, лаборант отделения математики и информатики ШБИП; Геннадий Евтушенко, профессор отделения электронной инженерии ИШНКБ; Татьяна Евтушенко, Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого. 

Активные оптические системы с усилителями яркости на самоограниченных переходах в парах металлов позволяют осуществлять визуализацию объектов и процессов, экранированных от наблюдателя мощной фоновой засветкой. При этом усилитель яркости, работающий в режиме свехизлучения, выполняет несколько функций: подсветки объекта исследования, усиления отраженного сигнала, несущего изображение, а также служит узкополосным активным фильтром с полосой пропускания единицы пикометров. В этом случае большое значение имеет пространственно-временная структура коэффициента усиления активной среды, так как она определяет качество формируемого изображения. Кинетическое моделирование процессов в плазме активных сред на парах металлов позволило установить физический принцип формирования радиальной неоднородности усиления активных сред. 

В статье показано, что концентрация электронов, существенно изменяясь по радиусу усилителя яркости и во времени, определяет характер этой неоднородности. П словам исследователей, «исправить» его можно, модифицировав физические процессы в плазме, в частности, за счет введения активных примесей и реализации режима пониженного энерговклада в разряд. Работа выполнена в рамках выполнения гранта Российского научного фонда (№ 14-19-00175).