Цитируемые ученые: наносенсоры для сердца, лекарство от тромбов и топливо для Арктики

| 1216

Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за февраль. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 44, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 5,578.

  

Инженерная школа энергетики

 

Отходы мукомольного производства как потенциальный источник энергии. Изучение минеральной части (Flour-milling waste as a potential energy source. The study of the mineral part)

Журнал: Fuel (Q1, ИФ 5,578)

Канипа Ибраева, инженер Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова (НОЦ И.Н. Бутакова), Роман Табакаев (индекс Хирша 9), научный сотрудник НОЦ И.Н. Бутакова, Николай Языков, Институт катализа имени Г.К. Борескова СО РАН (ИК СО РАН), Максим Рудмин (индекс Хирша 9), доцент отделения геологии, Юрий Дубинин, ИК СО РАН.

По словам авторов, сжигание некоторых видов биомассы приводит к образованию зольных отложений, которые снижают КПД и надежность котельного оборудования. При этом механизм образования этих отложений до сих пор до конца не изучен.

В работе рассматривались пшеничные отруби одного из мукомольных предприятий Сибирского региона. Для комплексного изучения минеральной части пшеничных отрубей было проведено разделение на фракции разной плотности методом седиментации. В результате исследования установлено, что минеральная часть пшеничных отрубей спекается при температуре выше 675 °C. Сделано предположение, что в процессе сжигания отрубей соотношение Ca/K является существенным фактором, влияющим на спекание остатков золы.

Экспериментально показано, что при добавлении карбоната кальция в количестве всего 3 мас.% спекание золы визуально отсутствует, зольный остаток имеет рассыпчатый порошкообразный вид. Стоит отметить, что положительный эффект может наблюдаться и при смесевом сжигании пшеничных отрубей с топливами, содержащими в составе своей минеральной части большое количество карбоната кальция.

Работа выполнена при финансовой поддержке фонда РФФИ 18-38-00648.

 

Инженерная школа новых производственных технологий

 

Люминесцентные характеристики керамики на основе иттрий стабилизированного оксида циркония, легированного ионами Eu3+, изготовленной методом электроимпульсного плазменного спекания (Luminescence performance of yttrium-stabilized zirconia ceramics doped with Eu3+ ions fabricated by Spark Plasma Sintering technique)

Журнал: Ceramics International (Q1, ИФ 3,83)

Сергей Степанов (индек Хирша 8), доцент отделения материаловедения (ОМ), Олег Хасанов (индекс Хирша 13), профессор ОМ, Эдгар Двилис (индекс Хирша 10), профессор ОМ, Владимир Пайгин, инженер ОМ, Дамир Валиев (индекс Хирша 9), доцент ОМ, Maurizio Ferrari (индекс Хирша 44), Istituto di Fotonica e Nanotecnologie.

Коллективом авторов была успешно изготовлена керамика методом электроимпульсного плазменного спекания на основе стабилизированного иттрием диоксида циркония (YSZ), легированная оксидом европия. Главный интерес вызывало влияние концентрации оксида европия (0,1 до 3 мас.%) и температуры атмосферного отжига (700 ?C - 1300 ?C) на спектры пропускания и интенсивность люминесценции изготовленной керамики.

Установлено, что увеличение концентрации европия не приводит к значительным изменениям спектров пропускания, а атмосферный отжиг оказывает существенное влияние. Данные изменения авторы связывают с образованием кислородных вакансионных дефектов.

Для интенсивности люминесценции авторы показывают линейный рост от концентрации оксида европия и сверхлинейный рост от температуры атмосферного отжига.

Понимание зависимостей, возникающих при производстве этих материалов, по мнению ученых, позволит эффективно решать прикладные задачи, связанные с синтезом новой керамики с рекордными характеристиками для функциональных элементов фотоники.

 

Инженерная школа ядерных технологий

 

Формирование прямоугольных импульсов в СВЧ-компрессоре со сверхразмерным компактным резонатором (Formation of Rectangular Pulses in an Active Microwave Compressor With an Oversized Compact Storage Cavity)

Журнал: IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques (Q2, ИФ 3,413)

Сергей Артеменко (индекс Хирша 17), ведущий научный сотрудник Научно-исследовательской лаборатории СВЧ-технологии (НИЛ СВЧ-технологии), Станислав Горев, инженер НИЛ СВЧ-технологии, Владислав Игумнов, научный сотрудник НИЛ СВЧ-технологии, Сергей Новиков, профессор отделения электроэнергетики и электротехники, Вадим Пазынин, Институт радиофизики и электроники имени А.Я. Усикова НАН Украины.

СВЧ-компрессор предназначен для формирования коротких мощных импульсов с радиочастотным заполнением. Мощное импульсное излучение используется в радиолокации, связи, ускорительной технике, лабораторных испытаниях электронной аппаратуры. Получение и использование больших мощностей возможно только в импульсном режиме.

«Первые работы в России, где рассматривалось накопление электромагнитной энергии на высокой частоте в резонансном объеме и ее быстрый вывод, были проведены в ТПУ под руководством профессора Ю.Г. Юшкова», – отмечают авторы.

Разработка конструкции была связана с удовлетворением противоречивых требований к параметрам. Например, для уменьшения потерь и увеличения энергии резонатор должен быть сверхразмерным, но известные сверхразмерные переключатели неэффективны; получение формы импульса близкой к прямоугольной возможно при увеличении продольных размеров.

Характеристики процессов были предварительно рассчитаны и получены необходимые формы выходных импульсов для различных конфигураций. Проведены экспериментальные исследования. Элементы резонатора не вызывают отражений, а его конструкция приводит к уменьшению габаритных размеров. Усиление и уровень выходной мощности не ниже, чем у известных подобных конструкций.

 

Инженерная школа неразрушающего контроля и безопасности

 

Результаты измерения энергии микропотенциалов сердца в амплитудно-временных интервалах, записанные аппаратно-программным комплексом на наносенсорах (Results of measurements of the cardiac micropotential energies in the amplitude-time intervals recorded by the nanosensor-based hardware and software complex)

Журнал: Measurement (Q1, ИФ 3,364)

Диана Авдеева, заведующий Научно-производственной лабораторией «Медицинская инженерия» (НПЛ МИ), Иван Максимов, Томский национальный исследовательский медицинский центр (Томский НИМЦ), Максим Иванов, младший научный сотрудник НПЛ МИ, Михаил Южаков, инженер НПЛ МИ, Никита Турушев, инженер НПЛ МИ, Сергей Рыбалка, доцент отделения математики и информатики, Роман Баталов (индекс Хирша 10), Томский НИМЦ, Го Вэньцзя, ТПУ, Елена Филиппова, Российский химико-технологический университет имени Д.И. Менделеева.

Статья является продолжением работ, выполненных в рамках проекта ФЦП  14.578.21.0032. Результатом успешного завершения этого проекта стал впервые разработанный в мире аппаратно-программный комплекс (АПК) на наносенсорах.

Он позволил зарегистрировать неинвазивно, в реальном масштабе времени, без фильтрации и усреднения спонтанную биоэлектрическую активность клеток миокарда сердца человека (ранее она непосредственно регистрировалась с сердца человека). Анализ этой информации позволяет обнаруживать в динамике ранние признаки внезапной сердечной смерти и своевременно проводить лечебные процедуры.

В статье представлены результаты исследования микропотенциалов сердца пациента с фибрилляцией предсердий в течение четырех лет, зарегистрированные АПК на наносенсорах в диапазоне частот от 0 до 10 кГц и дискретизацией 64 кГц.

Также в статье представлен разработанный метод оценки микропотенциалов на предмет выявления ранней ишемии сердечной мышцы. Метод может быть использован как для индивидуального использования в домашних условиях, так и в стационарах. Исследование показало, что для диагностики состояния мышцы сердца достаточно проводить наблюдение один раз в неделю, что не требует постоянного ношения оборудования.

  

Исследовательская школа физики высокоэнергетических процессов

  

Особенности применения Planar Laser Induced Fluorescence и Micro Particle Image Velocimetry для исследования прогрева капли с разными трассерами и схемами ее размещения на держателе (Using Planar Laser Induced Fluorescence and Micro Particle Image Velocimetry to study the heating of a droplet with different tracers and schemes of attaching it on a holder)

Журнал: International Journal of Thermal Sciences (Q1, ИФ 3,476)

Роман Волков (индекс Хирша 21), доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов (ИШФВП), Павел Стрижак (индекс Хирша 35), профессор НОЦ И.Н. Бутакова.

В работе представлены результаты экспериментальных исследований процессов прогрева капли воды, помещенной в поток разогретого воздуха на держателе. Для контроля температурного поля капли применялся оптический метод Planar Laser Induced Fluorescence (PLIF), а регистрации скоростей естественной конвекции в капле – Micro Particle Image Velocimetry (Micro PIV).

Основное внимание уделено изучению естественной конвекции, центрам образования вихрей, скоростям конвекции, ее влиянию на температуру в разных сечениях капли. Использованы наиболее часто применяемые варианты трассирующих частиц (Al2O3, TiO2, полиамидные).

Проанализированы отличия температурных полей испаряющихся капель с трассерами и без них. Выполнена сравнительная оценка достоверности измерений температуры капли методом PLIF и малоинерционными термопарами. Проведено варьирование концентрации использовавшихся трассеров для установления диапазонов, в которых можно достоверно регистрировать поля температур и скоростей конвекции в интенсивно нагреваемых и испаряющихся каплях. Изучено влияние типичных материалов держателей на скорости прогрева капель. Использованы металлические стержни, проволочки, нихромовые нити. Основное внимание уделено иллюстрации влияния типа и материала держателя на температурное поле капли, скорости ее прогрева и испарения, времени существования.

Рассмотрены типичные схемы закрепления капель на держателях, а также основные отличия полей температур и скоростей конвекции в разных сечениях капли. Полученные результаты важны для развития направлений исследований условий и характеристик прогрева капель, пленок, струй жидкостей с применением PLIF и Micro PIV. Результаты обобщения проведенных экспериментов имеют большое значение для развития современных моделей прогрева и парообразования, так как установлены типичные ограничения экспериментальных методик при регистрации полей температуры и скорости испаряющихся капель жидкостей. С использованием результатов работы также можно прогнозировать потенциальные отличия условий и интегральных характеристик интенсивного прогрева и испарения капель в экспериментах и при математическом моделировании.

Эффект мощных электромагнитных импульсов на реакционную способность водоугольной смеси в высокотемпературной среде (Effect of the high-power electromagnetic pulses on the reactivity of the coal-water slurry in hot environment)

Журнал: Chinese Journal of Chemical Engineering (Q2, ИФ 2,627)

Максим Белоногов, ТПУ, Роман Табурчинов, ТПУ, Роман Егоров (индекс Хирша 12), научный сотрудник ИШФВП.

В работе были исследованы различия динамики зажигания водоугольной смеси в печи при попутном воздействии потока мощных (до 120 мДж) наносекундных импульсов Nd:YAG лазера.

Было показано, что в отличии от исследованного ранее случая холодной суспензии, при предварительном прогреве до температуры свыше 400К внешние слои капель топлива быстро высыхают и поток импульсов не приводит к сверхтонкому распылению смеси.

Кроме того, при многократном воздействии импульсами наблюдается спекание внешнего слоя топлива, что, в результате, приводит к росту задержки зажигания на 10-20% в зависимости от энергии импульсов. Таким образом, мощный импульсный нагрев не способен ускорить зажигание топлива, если на нем успела сформироваться сухая (влажность менее 10 вес.%) корка. Применение лазерных импульсов для ускорения зажигания водоугольных суспензий в печах имеет смысл только при влажности суспензии свыше 50-60%. В случае меньшей влажности смеси лазерное облучение позволяет формировать топливные гранулы, чья спеченная оболочка служит флегматизатором топлива, позволяя снизить его пожароопасность при хранении.

 

Инженерная школа природных ресурсов 

 

Направления превращений углеводородов, входящих в состав стабильного газового конденсата, в высокооктановые компоненты бензинов на цеолитном катализаторе структурного типа ZSM-5 (Transformations of stable gas condensate hydrocarbons into high-octane gasoline components over ZSM-5 zeolite catalyst)

Журнал: Journal of Natural Gas Science and Engineering (Q2, ИФ 3,841)

Мария Киргина, доцент отделения химической инженерии (ОХИ), Наталия Белинская (индекс Хирша 8), научный сотрудник ОХИ, Андрей Алтынов, инженер ОХИ, Илья Богданов, инженер-исследователь ОХИ, Асет Темирболат, ТПУ.

В работе предложен ресурсоэффективный способ использования стабильных газовых конденсатов – переработка в компоненты высокооктановых бензинов на цеолитном катализаторе.

Стабильные газовые конденсаты, поясняют авторы, являются легким и ценным углеводородным сырьем, однако на большинстве месторождений после многостадийного процесса выделения из природного газа, за неимением рациональных путей использования, возвращаются в нефть для улучшения ее реологических свойств.

В работе установлено, что безводородная переработка на цеолитном катализаторе позволяет повысить октановое число стабильного газового конденсата в среднем на 18 пунктов. Рассмотрены направления превращений углеводородов, входящих в состав стабильных газовых конденсатов различного состава. Определены оптимальные технологические параметры реализации процесса.

Кроме того, в рамках работы разработаны рецептуры производства бензинов марок АИ-92, АИ-95, АИ-98 на основе полученных продуктов переработки стабильного газового конденсата.

Предложенный авторами способ получения компонентов автомобильных бензинов возможен в малотоннажном исполнении, что является крайне актуальным для удаленных, северных и арктических территорий.

Разработка и валидация ВЭЖХ-УФ методики количественного определения нового антитромботического лекарственного средства в плазме крови крыс и ее применение в фармакокинетических исследованиях (Development and validation of HPLC-UV method for quantitation of a new antithrombotic drug in rat plasma and its application to pharmacokinetic studies)

Журнал: Journal of Chromatography B (Q2, ИФ 3,004)

Клим Леонов, ООО «Инновационные фармакологические разработки», Дарья Вишенкова, инженер ОХИ, Ольга Липских, доцент ОХИ, Андрей Пустовойтов, ООО «Сибтест», Абдигали Бакибаев (индекс Хирша 7), ТГУ.

Сердечно-сосудистые заболевания остаются ведущей причиной смертности у людей, одни из наиболее всерьез рассматриваемых поводов этого явления – атеросклероз и повышенное содержание в сосудах липопротеинов низкой плотности.

В связи с ограничениями и побочными эффектами применения современных антиагрегантов актуален поиск новых средств лечения и профилактики тромбообразования. Группой ученых компании «Ифар» разработано инновационное антитромботическое лекарственное средство – производное индолинона, с новым механизмом действия, антигипертензивными и кардиопротекторными свойствами.

В настоящей работе авторами разработана и валидирована биоаналитическая методика количественного определения GRS в плазме крови крыс с применением метода ВЭЖХ-УФ. Проведенный анализ биообразцов после введения в дозе 20 мг/кг и получение фармакокинетического профиля исследуемого соединения позволяют судить о степени и скорости всасывания и выведения нового лекарственного средства.  

Рассчитанные фармакокинетические параметры способствуют прогнозированию схемы курсового применения разрабатываемого лекарственного препарата в клинических испытаниях.