Научно-практические разработки Института за 2016 год

Вернуться назад

Мобильная акустическая сканирующая система для 3D визуализации микроструктуры в объеме материалов и изделий на глубину до 12 мм

Разработана мобильная версия прецизионной акустической сканирующей системы для 3D визуализации объемной микроструктуры на участках с размерами до 100´100 мм2. визуализация в объеме осуществляется ультракороткими импульсами фокусированного ультразвука с рабочими частотами 50, 100 и 200 МГц. Используются длиннофокусные ультразвуковые пучки с углами половинного раскрытия 110 и 80, обеспечивающие глубину визуализации до 12 мм с разрешением, латеральным и по глубине, в диапазоне от 100 до 10 мкм в зависимости от используемой рабочей частоты зондирующего ультразвука и акустических свойств исследуемого образца. Акустическая система может устанавливаться на специально разработанный конструктив и использоваться в качестве исследовательского акустического микроскопа. либо может закрепляться на позиционирующем устройстве и применяться в качестве средства оперативного неразрушающего контроля высокого разрешения, в т.ч. для наблюдения микроструктурных изменений при механическом нагружении и других типах внешнего воздействия на исследуемый образец.

Создан специально разработанный конструктив акустического микроскопа для его совмещения с малой нагрузочной машиной и создания испытательного стенда, предназначенного для изучения микроструктурных изменений в материалах под действием растягивающих и сжимающих нагрузок. В следующем году предполагается закончить разработку испытательной мини машины и создать уникальный испытательный стенд для наблюдения in situ микроструктурных изменений в объеме испытуемых образцов, приводящих к их необратимому деформированию и разрушению.

Разработка мобильной версии акустической сканирующей системы закончена, ее прототип изготовлен, установлен на конструктиве и готов к практическому использованию в виде исследовательского акустического микроскопа. Разработанная акустическая сканирующая система, как сама по себе, так и в виде исследовательского акустического микроскопа в сочетании с разработанным конструктивом, является патентноспособной.

Аннотация. Разработана мобильная акустическая сканирующая система для 3D визуализации микроструктуры в объеме материалов и изделий на глубину до 12 мм. Основана на использовании ультракоротких импульсов фокусированного ультразвука в частотном диапазоне 50-200 МГц, и обеспечивает пространственное разрешение 10-100 μм. Разработанная система может использоваться как в виде лабораторного исследовательского микроскопа, так и независимо, в виде мобильного устройства неразрушающего контроля высокого разрешения.

(В.М. Левин, Е.С. Мороков, Ю.С. Петронюк, С.А. Титов (ИБХФ РАН). Разработка выполнена в рамках гранта РНФ 15-12-00057 "Разработка методов и средств акустической микроскопии для экспертной диагностики дефектов, микроструктуры и физико-механических свойств углепластиков и конструкций из них, в т.ч. элементов летательных аппаратов".)

Создан сепарирующий элемент для высокоградиентной магнитной сепарации наночастиц.

Металлизированная трековая мембран с ферромагнитным покрытием сравнимым по толщине с размером пор предложена в качестве сепарирующего элемента для высокоградиентной магнитной сепарации наночастиц. В области поры формируется высокоградиентное магнитное поле, способное задерживать на поверхности мембраны частицы, имеющие более высокую магнитную проницаемость, чем окружающая среда. Ферромагнитную трековую мембрану с размером пор 3 мкм покрывали слоем сплава пермаллой (Fe20Ni80) толщиной 1 и 2 мкм. Теоретически и экспериментально показана возможность разделения суперпарамагнитных наночастиц на ферромагнитных трековых мембранах по магнитным свойствам и размерам. Гидрозоль магнетита со средним размером наночастиц 50 нм, был разделен ферромагнитной трековой мембраной на две фракции с размерами частиц 30-35 нм и 65 нм на ФТМ с 3 мкм порами. Теоретически и экспериментально доказано преимущество использования ферромагнитных трековых мембран покрытых более толстыми слоями ферромагнитных материалов для более эффективной сепарации магнитных частиц.

Оригинальный метод получения экологически-безопасных экореактопластов из окисленной кислородом биомассы (патент № 2425069)

В рамках проекта «Жидкофазная каталитическая конверсия биомассы с целью синтеза экореактопластов («жидкого дерева») и композиционных экоматериалов нового поколения»  в 2016 году в ИБХФ РАН с использованием оригинального метода получения экологически-безопасных экореактопластов из окисленной кислородом биомассы (патент № 2425069) были синтезированы нетоксичные и трудногорючие образцы продуктов жидкофазного окисления биомассы, а также изучены кинетические особенности их отверждения (поликонденсации), которые позволяют регулировать скорость данного процесса.  Полученные экореактопласты могут с успехом заменить токсичные и легкогорючие синтетические эпоксидные, фенолформальдегидные и карбамидоформальдегидные смолы, применяющиеся в качестве связующих для изготовления композиционных материалов, армированных стекловолокном, углеродными волокнами и т.д. Были выбраны оптимальные условия процесса каталитического окисления кислородом отходов биомассы. Из полученных жидких продуктов изготовлены образцы твердых экоматериалов путем сушки при 80оС, с последующим прессованием при температуре 140оС и давлении 80-100 кгс/см2.

(ИБХФ РАН Варфоломеев С.Д., Сахаров П.А., Хватов А.В., Ломакин С.М.)

Улучшение эксплуатационных свойств диеновых эластомеров.

Резины на основе полярных каучуков (бутадиен-нитрильных, хлоропреновых, фторкаучуков) относящихся к классу маслобензостойких, широко используют в промышленности для перекачивания неполярных жидкостей (бензины, керосин, нефть, минеральные масла), для изготовления разнообразных резинотехнических изделий.  Различие в микро- и надмолекулярной структуре статистических и блочных сополимеров различной полярности влияет на распределение компонентов сшивающих систем, химических сшивок, других низкомолекулярных веществ и их экстракцию растворителями и, таким образом, на исходные и конечные свойства резин. Вследствие этого исследование природы центров сорбции низкомолекулярных соединений  в эластомерах представляет не только научный, но и практический интерес. Существенным недостатком диеновых эластомеров (БНК) является низкая озоностойкость, приводящая к потере эксплуатационных свойств. Для повышения стойкости к действию озона БНК смешивают с насыщенными полимерами. Условием эффективной защиты является интенсивное межфазное взаимодействие, повышение плотности и объема межфазного слоя,  формирование которого также происходит с участием дефектных структур БНК.

Готово к практическому использованию.  (ИБХФ РАН.  Ливанова Н.М., Попов А.А., базовое бюджетное финансирование).

Контроль качество регенерата, получаемого при измельчении покрышек грузовых автомобилей. 

Еще в 2000 году общий вес изношенных, но не переработанных шин достиг только в России 1,0 млн. тонн, что является громадной экологической проблемой. В настоящее время утверждена Госпрограмма по утилизации покрышек грузовых автомобилей, в том числе карьерных грузовиков, с применением взрывоциркуляционного способа измельчения. Поэтому возникнет необходимость оценки качества резиновой крошки регенерата, получаемого при измельчении покрышек различного типа. Системный подход, ранее использованный при исследовании свойств резиновой крошки регенерата, полученного с применением взрывоциркуляционного измельчения покрышек легковых автомобилей, позволит объективно контролировать качество регенерата, получаемого при измельчении покрышек всех других типов. В любое время может быть заключен договор между ИБХФ РАН и соответствующими организациями на проведение комплексных исследований регенерата. Патентная защита не может быть осуществлена.

Аннотация. Предложен системный подход для объективного контроля качество регенерата, получаемого при измельчении покрышек грузовых автомобилей, в том числе карьерных грузовиков, с применением взрывоциркуляционного способа измельчения. Работа может быть проведена по договору между ИБХФ РАН и соответствующими организациями. Мисин В.М. (ИБХФ РАН).

УФ - спектроскопический экспресс-метод производственного контроля продукции при производстве растительных экстрактов. 

УФ - спектроскопический экспресс-метод предназначен для входного контроля и оценки качества растительного сырья, динамического контроля процесса экстракции и выходного контроля и стандартизации экстрактов лекарственных растений. Метод основан на уникальности формы спектральной кривой для каждого вида экстракта и на высокой корреляции интенсивности максимумов в спектре с массой содержащихся в нем веществ. Это позволяет оценивать подлинность и качество сырья, полноту экстракции, производить подбор режимов экстракции и вид экстрагента, проверять соответствие концентрации экстрактивных веществ в готовом продукте техническим условиям. Применявшиеся ранее в производственной практике в этих целях методы были либо менее информативны и более продолжительны в исполнении (определение массы сухого остатка), либо дорогостоящи и требовательны к квалификации персонала (хроматография). Внедрение данного метода позволит российским предприятиям производить экстракты растений более высокого качества и конкурентоспособности. Степень готовности к практическому использованию: необходимо подготовить нормативную документацию, а также патентную документацию.

Аннотация. Разработанный УФ - спектроскопический экспресс-метод входного контроля и оценки качества растительного сырья, динамического контроля процесса экстракции и выходного контроля и стандартизации продукции будет предложен для реализации в ООО «ЗАВОД ЭНДОКРИННЫХ ФЕРМЕНТОВ». Мисин В.М., Волков В.А. (ИБХФ РАН).

Разработка экспериментального образца мобильного «фликкер-фотометра» для диагностических неинвазивных измерений оптической плотности желтого пятна сетчатки глаза.

Общей целью проекта является создание офтальмологического диагностического прибора «фликкер-фотометра» для прижизненных измерений оптической плотности желтого пятна. В 2016 году осуществлен окончательный выбор инженерного дизайна оптического узла «фликкер- фотометра». Изготовлено и откалибровано действующее мобильное устройство, позволяющее неинвазивно оценивать оптическую плотность желтого пятна с целью прогнозирования индивидуальной эффективности зрения.  Получен положительный отзыв Главного офтальмолога Центрального региона РФ и Московской области. Проведен анализ возможных областей применения данного устройства, показавший, что наиболее рациональным является его использование для  массового тестирования профессиональных зрительных функций молодых здоровых людей. (академик М.А. Островский, П.П. Зак)

Закончена работа НИР по созданию экспериментального образца диагностического офтальмологического устройства «Мобильный фликкер-фотометр» для прижизненных измерений индивидуальной оптической плотности желтого пятна. Прибор позволяет производить диагностику и профессиональный отбор молодежи с высоким уровнем зрительных функций. В отличие от стационарных зарубежных аналогов прибор является мобильным устройством карманного формата, необходимого для массовых выездных обследований. После дальнейшего прохождения стадии ОКР прибор может быть доведен до промышленного производства. Ведется работа по подготовке патентной заявки. Работа выполнена в рамках Программы Президиума РАН «Фундаментальные исследования для разработки биомедицинских технологий» 2014-16 г.г. Аннотация: Мобильный фликкер-фотометр для прижизненных исследований оптической плотности желтого пятна для профессионального отбора лиц молодого возраста с высокими зрительными функциями, Зак П.П., Островский М.А., Трофимова Н.Н., Ларичев А.В. (ИБХФ РАН, Физфак МГУ им. Ломоносова).

Разработка ЭВМ-программы для обработки компьютерных изображений глазного дна.

Разработана и подана в ФИПС на регистрацию ЭВМ-программа для обработки компьютерных изображений глазного дна, регистрируемых с помощью оптико-когеррентной томографии. Программа не имеет аналогов и позволяет производить количественную обработку сосудистой оболочки сетчатки, необходимую для тонкой диагностики глазных заболеваний. Программа уже используется в обработке архива компьютерных данных пациентов МОНИКИ им. Владимирского. Программа разработана с привлечением финансирования грантов РФФИ №15-29-03865 и № 14-04-01072  Аннотация: «ЭВМ-программа для обработки оптико-когеррентных изображений сосудистой оболочки глаза для диагностики глазных заболеваний», Рябцева А.А., Зак П.П., Погодина Л.С., Сигаева А.О., Андрюхина О.М., (МОНИКИ им. Владимирского, ИБХФ РАН).

Создана компьютерная модель для прогноза риска возникновения неблагоприятных исходов в первые полгода после госпитализации больного в состоянии коронарного синдрома.

Для прогноза риска возникновения неблагоприятных исходов в первые полгода после госпитализации больного в состоянии коронарного синдрома создана компьютерная модель с помощью методов машинного обучения и оптимальных достоверных разбиений. Неблагоприятный исход в модели есть наступление любого сердечно-сосудистого события: фатальный/нефатальный инфаркт миокарда, фатальный/нефатальный инсульт, нестабильная стенокардия, атеросклероз. На основе построенной модели разработан первый вариант программы-калькулятора для автоматизированного расчета вероятности наступления неблагоприятного исхода. Использование подобного калькулятора на практике поможет врачам в оптимизации курсов терапии больных.  Реализован пилотный вариант компьютерной программы для расчета риска неблагоприятного исхода в первые полгода после перенесенного обострения ишемической болезни сердца.

(ФБГУ ИБХФ РАН) Кузнецова А.В. (Вычислительный Центр РАН им. А.А.Дородницына)

О.В. Сенько

Методика неинвазивного определения внутриклеточных концентраций гамма-аминомасляной кислоты и глутамата в локальных структурах мозга человека. 

Разработана методика прижизненного неинвазивного определения внутриклеточных концентраций гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) и глутамата в локальных структурах мозга человека  методом 1Н - МРС. Данный критерий является объективным и необходим для клинической диагностики и прогноза, а также для понимания, как химические процессы обеспечивают функцию мозга, и что происходит, когда функция нарушается. В протонных спектрах, снятых в низких постоянных магнитных полях на коммерческих медицинских томографах, все сигналы протонов ГАМК перекрыты сигналами других метаболитов. Для разделения подобных сигналов используют следующее: ГАМК имеет спин-спиновое взаимодейстаие, а креатин (перекрывающий сигнал) – нет, и, облучая систему специально подобранным селективным радочастотным импульсом, получают отклик протонов при аминогруппе ГАМК в виде j - модуляции. По разнице сигналов основного спектра и спектра с селективным импульсом определяют только ГАМК и глутамат, с последующим разделением полученных концентраций между разным типам ткани мозга. Аналогов данной методике нет.

Аннотация: Разработана методика прижизненного неинвазивного определения внутриклеточных концентраций гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) и глутамата в локальных структурах мозга человека  методом 1Н - МРС. Этот объективный критерий для клинической диагностики и прогноза выявлен впервые. Аналогов этой методики нет.

(ИБХФ им. Н.М. Эменуэля, Семенова Н.А., бюджетное финансирование)

Иммобилизованные катализаторы для метаногенеза.

Разработан оригинальный способ получения биогаза с повышенным содержанием метана и увеличением уровня конверсии исходного сырья в целевой продукт за счет иммобилизации природного анаэробного микробного консорциума в концентрированном виде в матрицу криогеля поливинилового спирта и одновременного комбинирования этих биокатализаторов метаногенеза с новыми иммобилизованными биокатализаторами на основе клеток различных бактерий и дрожжей (Clostridium acetobutylicum, Pseudomonas sp., Enterococcus faecalis, Pachysolen tannophilus), синтезирующих в анаэробных условиях гидролитические ферменты, повышающие уровень гидролиза присутствующих в исходном сырье биополимеров и конверсии промежуточных метаболитов в конечный продукт - биогаз. Введение в реактор таких биокатализаторов (10% от вводимой загрузки реактора) позволило увеличить эффективность метаногенеза более чем в 2 раза, а долю метана в смеси газов повысить на 20-23%. Оригинальный подход, разработанный на основе применения и комбинирования новых биокатализаторов, подлежит патентованию.

Ефременко Е.Н., Степанов Н.А., Сенько О.В. Гладченко М.А., Гайдамака С.Н. (ИБХФ РАН)

Аннотация: При использовании в качестве субстрата целлюлозосодержащих отходов была продемонстрирована эффективность принципиального подхода к интенсификации процесса метаногенеза, заключающегося в одновременном введении в реактор иммобилизованного анаэробного ила и биокатализаторов в виде иммобилизованных бактериальных клеток, способных интенсифицировать метаногез. (Ефременко Е.Н., Степанов Н.А., Сенько О.В. Гладченко М.А., Гайдамака С.Н. ИБХФ РАН)

Разработаны методики изучения влияния синтетических антиагрегационных средств (или нестероидных пртивовоспалительных препаратов) на образование субпопуляции активированных тромбоцитов.

Отработаны методики изучения влияния синтетических антиагрегационных средств (или нестероидных пртивовоспалительных препаратов) на образование субпопуляции активированных тромбоцитов при активации тромбоцитов тромбином и коллагеноподобным пептидом при помощи метода проточной цитометрии. Данные исследования помогут понять механизм действия тестируемых веществ и их возможное влияние на плазменное звено гемостаза, что очень важно для изучения возможных побочных эффектов новых синтетических антиагрегантов. На примере серии соединений класса 5-замещенных 3-пиридилизоксазолов, являющихся антагонистами рецептора тромбоксана А2, но не являющихся прямыми ингибиторами тромбина и антагонистами рецепторов тромбина и коллагена, показано, что все вещества подавляют образование прокоагулянтной субпопуляции тромбоцитов человека на 20-40% при активации тромбоцитов тромбином, и на 20-50% - при активации тромбоцитов коллагеноподобным пептидом. Это еще раз подтверждает механизм действия наших соединений, так как подобное явление можно объяснить только синергизмом сигнальных путей тромбина и тромбоксана А2.

Аннотация: Отработаны методики изучения влияния синтетических антиагрегационных средств (или нестероидных пртивовоспалительных препаратов) на образование субпопуляции активированных тромбоцитов при помощи метода проточной цитометрии, при активации тромбоцитов тромбином или коллагеноподобным пептидом. Данное тестирование поможет понять механизм действия веществ и их возможное влияние на плазменное звено гемостаза.

Аннотация 1: На основе проведенных исследований предложена серия из 3-5 соединений класса 5-замещенных 3-(3-пиридил)изоксазолов на доклинические исследования. Данные вещества являются антагонистами рецептора тромбоксана А2, не являясь при этом антагонистами рецептороа тромбина, фактора активации тромбоцитов, коллагена, адреналина и АДФ. (Демина О.В., Беликов Н.Е., Ходонов А.А. (ИБХФ РАН), Котова Я.Н. и Подоплелова Н.А. (ФНКЦ ДГОИ им. Д. Рогачева)

Изучение влияния низкоинтенсивных факторов внешней среды на психофизиологические показатели человека.

Разработанная комплексная программа мониторирования психофизиологических показателей позволяет объективно оценить влияние любых факторов внешней среды (в том числе электромагнитного излучения мобильных телефонов (МТ) при их длительном использовании) на психофизическое здоровье детей. Результаты длительных наблюдений позволили выявить тенденцию увеличения числа учащихся-пользователей мобильной связью с низкими показателями когнитивных процессов (снижение показателей смысловой памяти, в частности, снижение точности выполнения задания с одновременным увеличением времени его выполнения; мышления). Данные разработки могут быть применены в любом образовательном учреждении для мониторирования психофизического здоровья детей и подростков. Проводимые исследования не имеют аналогов, как в России, так и за рубежом. Работа выполнялась  Договора о научном сотрудничестве между ИБХФ РАН и администрацией Лицея № 17 Городского округа Химки Московской области.

Проведен анализ причин низкой воспроизводимости результатов влияния космофизических факторов на центральную нервную систему человека с помощью психофизиологических показателей: были проанализированы накопленные данные психофизиологических показателей 589 респондентов в возрасте 18 – 58 лет из 47 городов мира (основная часть - Россия и Украина); длительность ежедневных измерений - от 2-3 недель до 3,5 лет (в обработке результатов использовался метод наложения эпох; непараметрический критерий Вилкоксона для связанных и независимых выборок). Установлено, что при анализе изменения психофизиологического показателя должна учитываться частота следования самого геофизического события. Регистрация "опережающих реакций" относительно реперных дат геомагнитных возмущений (ГМВ) может быть связана как с другими геофизическими событиями, так и развитием самого события ГМВ во времени. В рамках  Договора о научном сотрудничестве между ИБХФ РАН и Лицеем № 17 г.о. Химки продолжается мониторинг психофизиологических показателей детей -пользователей мобильной связью -  учащихся 1-6 классов Лицея 17 городского округа Химки. Показано, что при уменьшении времени пользования у учащихся отмечены тенденции к улучшению психофизиологических показателей, в частности, внимания и памяти.

(Хорсева Н.И. (ИБХФ РАН), Марахова В.А. (Лицей № 17), Григорьев Ю.Г. (д.м.н., профессор, Президент РНКЗНИ, член консультативного Комитета ВОЗ по Международной программе «ЭМП и здоровье населения»)

Аннотация: Разработана комплексная программа мониторирования психофизиологических показателей детей и взрослых, позволяющая объективно оценить влияние любых факторов внешней среды на психофизическое здоровье детей. Данная программа может быть применена в любом образовательном учреждении для мониторирования психофизического здоровья детей и подростков.